Academic literature on the topic 'Réseaux de nanofils métalliques et polymères'

Dans ce projet, nous avons exploité la modification de surface d’électrodes avec des films minces de silice mésoporeuse à porosité verticalement orientée, générés par une méthode d'auto-assemblage assisté par électrochimie. La membrane de silice présente des pores étroits d'un diamètre d'environ 2-3 nm, et une épaisseur de l’ordre de 50-150 nm, susceptible d’être utilisée en tant que moule pour la préparation d’ensembles métalliques et organiques de faible dimension sur des surfaces conductrices. Nous avons combiné les caractéristiques du film mince de silice mésoporeuse avec l'électrochimie pour obtenir des motifs nanométriques à la surface de l’électrode. Un film de silice mésoporeuse mécaniquement stable et adhérent bien à la surface de l’électrode peut être obtenu sur des supports portant des fonctions hydroxydes de surface, par exemple l'oxyde mixte d'indium-étain (ITO). Cependant, l'adhésion et la stabilité mécanique du film mince de silice mésoporeuse sont faibles sur les électrodes à base de métaux nobles tels que l'or (Au). Pour assurer une couverture uniforme de la surface et une bonne adhésion du film de silice à la surface de l'or, il a été nécessaire d'utiliser un réactif (3-mercaptopropyl) triméthoxysilane (MPTMS) en tant que "colle moléculaire", dont la fonctionnalité thiol est capable de se lier au substrat d'or et dont la partie alcoxysilane peut se condenser avec le matériau silicique. La couche de MPTMS a cependant eu un effet important sur la perméabilité du film aux sondes redox. L'adsorption de MPTMS doit être suffisamment longue pour assurer une bonne adhésion du film mais pas trop longue afin d'éviter un blocage de la surface ou des défauts dans le film. En outre, les expériences de dépôt sous-potentiel de cuivre (UPD) ont révélé que la membrane de silice affectait de manière notoire le processus d'UPD, suggérant un certain effet de barrière de la membrane poreuse, mais l'interface Au/MPTMS/silice n'est pas suffisamment dense que pour empêcher la formation d’un dépôt métallique entre le substrat d'or et le film mince de silice. Dans la deuxième partie de la thèse, des films minces de silice mésoporeuse de deux diamètres de pores distincts (2,0 et 2,9 nm), générés sur électrodes d’ITO ont été utilisés comme moule pour la croissance électrochimique contrôlée de réseaux de nanofils de polyaniline (PANI). Afin d'assurer une bonne adhésion du PANI à la surface du support d’ITO, des entités d'aniline sont d'abord fixés de manière covalente au fond des mésocanaux par électrogreffage de cations aminophényle-diazonium, dont on se servira dans un second temps en tant que précurseurs pour la croissance du PANI par électropolymérisation de l'aniline à travers les mésocanaux de silice. Les fils de PANI restent attachés à l'ITO après extraction de la membrane de silice, confirmant l'importance de l'électrogreffage initial. Tant le PANI à l'intérieur du gabarit de silice que les réseaux de nanofils de PANI libres sont électroactifs. L'étude spectroélectrochimique a révélé un comportement électrochrome présentant une réponse rapide et une stabilité élevée de cyclage de ces réseaux de nanofils de PANI. Dans la dernière partie du projet, quelques tentatives préliminaires ont été faites pour le co-dépôt électrochimique de réseaux de nanofils bimétalliques Cobalt/Platine (CoPt) sur une électrode ITO recouverte de films de silice mésoporeuse. La présence de Co et de Pt dans les dépôts a été confirmée par analyse de surface au moyen de méthodes spectroscopiques et par caractérisation électrochimique
In this project we exploited surface modification of electrodes with vertically oriented mesoporous silica thin films, generated by electrochemically assisted self-assembly method. The silica scaffold offers narrow pores diameter around 2-3 nm and 50-150 nm film thickness, a competitive hard template material for the preparation of low dimensional metallic and organic nanopatterns on conducting surfaces. We combined the wealth of mesoporous silica thin film with electrochemistry to obtain surface nanopatterning of the underlying support. Well-adhered and mechanically stable mesoporous silica film is formed on electrodes bearing hydroxyl moieties on their surface, for example indium tin oxide (ITO). However, the adhesion and mechanical stability of mesoporous silica thin film is poor on noble metals such as gold (Au). To ensure uniform surface coverage and good adhesion of the silica film to the Au surface, it was necessary to use a (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) reagent to act as a “molecular glue” thanks to its thiol functionality, which is able to bind to the gold substrate and to its alkoxysilane moieties enabling condensation with the silica material. The MPTMS layer had, however, a significant effect on film permeability to redox probes, depending on the MPTMS treatment time. MPTMS adsorption should be long enough to ensure proper adhesion of the film but not too long to avoid surface blocking or film defects. In addition, Cu underpotential deposition (UPD) experiments revealed that the silica membrane significantly affected the UPD process, suggesting some barrier effect of the porous membrane, but the interface Au/MPTMS/silica is not sharp and allowed metal UPD between the gold substrate and the silica thin film. In the second part of the thesis, mesoporous silica thin films, with two distinct pore diameters (2.0 and 2.9 nm), covered ITO electrodes were used as hard template for the control electrochemical growth of polyaniline (PANI) nanowire arrays. To ensure proper adhesion of PANI to the underlying ITO surface, aniline moieties are first covalently attached to the bottom of mesochannels via electrografting of aminophenyl diazonium cations, serving in a second step as precursors for PANI growth by electropolymerization of aniline through the silica mesochannels. PANI wires remain attached to ITO after removal of the silica membrane, confirming the importance of initial electrografting. Both PANI inside silica template and the free PANI nanowire arrays were electroactive. Spectroelectrochemical study revealed fast electrochromic behavior and cycling stability of PANI nanowire arrays. In last part of the project, some preliminary attempts were made for the electrochemical co-deposition of bimetallic Cobalt/Platinum (CoPt) nanowire arrays onto ITO electrode covered with mesoporous silica films. The presence of Co and Pt in the deposits was confirmed from surface analysis by spectroscopic methods and electrochemical characterization

Ce travail présente l'élaboration de nanocomposites conducteurs polymère/nanofils métalliques, faiblement chargés afin de conserver les propriétés mécaniques initiales de la matrice polymère. Un travail préalable d'élaboration de nanofils métalliques conducteurs est réalisé avec différents types de métaux. Ces nanofils conducteurs sont ensuite incorporés dans une matrice thermoplastique isolante de P(VDF-TrFE). Les propriétés mécaniques sont conservées pour un taux de charge inférieur à 5 %vol. Pour les nanocomposites conducteurs situés au-delà du seuil de percolation (0,75 à 2 %vol), une conductivité électrique de 10² S/m est relevée. L'influence du facteur de forme, du métal utilisé, de l'évolution de la cristallinité, de la méthode de mise en œuvre des nanocomposites sont discutés afin d'interpréter les valeurs obtenues
This work shows the elaboration of electrical conductive nanocomposites polymer/metallic nanowires, low filled to preserve the mechanical properties of the polymer matrix. Conductive metallic nanowires were performed with different kind of metals. These conductive nanowires are inserted into an electrical insulator thermoplastic matrix P(VDF-TrFE). The mechanical properties are maintained for filler content below 5 % vol. Above the percolation threshold (0. 75 % volume) the conductive nanocomposites reach a value of electrical conductivity near 10² S/m. The influence of the aspect ratio, metal, crystallinity and process are discussed to interpret the values observed

L'utilisation de matériaux transparents et conducteurs a subi une croissance exponentielle lors de la dernière décennie, puisque faisant partie intégrante de nombreux dispositifs optoélectroniques tels que les écrans tactiles & les cellules solaires. Parmi ces matériaux, l'oxyde d'indium-étain occupe la quasi-totalité du marché puisqu'il associe une conductivité élevée et une transparence supérieure à 90% sous forme de film mince. Cependant, le développement de technologies flexibles pousse à rechercher des alternatives à son utilisation car son cout élevé et sa faible flexibilité le rendent incompatible. Au milieu des alternatives carbonées (graphène et nanotubes), les nanomatériaux métalliques ou les polymères conducteurs se présentent comme des alternatives intéressantes : bas cout et facilité à mettre en forme pour les polymères conducteurs, hautes performances pour les nanofils métalliques. Cette thèse présente la mise en œuvre de ces matériaux alternatifs par la méthode originale d'électrofilage et l'étude de leurs propriétés optoélectroniques. La maitrise des conditions de mise en forme (champ, débit, paramètres environnementaux) et l'optimisation des solutions utilisées (rhéologie, concentration en polymère, co-solvants) nous a permis d'obtenir 2 types de nanostructures : des nanofibres 100% polymériques à base de PEDOT:PSS et des nanofibres composites PVP:Nanofils d'argent. L'étude des propriétés opto-électroniques des réseaux ainsi obtenus a aussi été étudiée
The use of transparent and conductive materials has been growing exponentially in the last decade as they are part of many optoelectronic devices such as touch screens and solar cells. Among these materials, Indium-Tin Oxide (ITO) is the market reference since it combines a low resistivity and a high transparency up to 90% in the form of thin film. However, the growing in the development of flexible technologies created a real need in alternatives as ITO has poor mechanical properties. Carbon nanotubes and graphene are potential substitutes, but metallic nanowires and conductive polymers have been developed for their high performances and low cost respectively.This thesis presents the implementation of these alternatives by the original method of electrospinning and the study of their optoelectronic properties. The optimization of the experimental setup (field, rate, environmental parameters) and solutions (rheology, polymer concentration, co-solvents) allowed us to obtain 2 different kinds of nanostructures: fully polymeric with PEDOT:PSS and composite with PVP and silver nanowires. The study of the optoelectronic properties of the resulting networks has also been investigated

Des membranes complexantes pour les ions métalliques ont été élaborées par la technique des réseaux de polymères semi-interpénétrés. La matrice est un réseau de poly(alcool vinylique) (PVA) réticulé qui immobilise un polymère complexant (PC), commercial ou synthétique. Les membranes complexantes sont obtenues par mélange de solutions aqueuses de PVA et de PC dans les proportions pondérales 60/40, évaporation du solvant à température ambiante et réticulation par le 1,2-dibromoéthane gazeux à 140 °C. Après caractérisation des membranes (compatibilité, observations microscopiques, stabilité thermique, efficacité de la réticulation par mesure du taux de gonflement et par spectrométrie infra-rouge et détermination des capacités de sorption), nous avons sélectionné une membrane de PVA/poly(éthylèneimine) (PEI) pour les ions Hg(II), Pb(II), Cd(II) et Cu(II) et deux membranes PVA/poly(vinylimidazole) (PVI) et PVA/poly(4-vinylpyridine) (P4VP) pour Hg(II). Les membranes ont été utilisées en mode statique (sorption) et en mode dynamique (filtration frontale). Les cinétiques de sorption ont été étudiées. Les isothermes de sorption, qui suivent le modèle de Langmuir, montrent une grande capacité de rétention des quatre ions par les trois membranes. Les paramètres thermodynamiques de sorption ont été déterminés, montrant l’intervention d’un fort effet entropique. Les membranes sont peu sensibles à la présence d’ions calcium ou chlorure. La mise en œuvre des membranes en filtration s’est avérée satisfaisante après augmentation de la porosité par imprégnation et dissolution de silice. Les membranes ont pu être régénérées plusieurs fois par traitement avec un acide fort ou l’EDTA
Chelating membranes for heavy metal ions have been prepared by the semi-interpenetrated polymer networks technique. The matrix is a crosslinked network of poly(vinyl alcohol) (PVA) that immobilizes a commercial or synthetic complexing polymer (CP). The chelating membranes are obtained by mixing aqueous solutions of PVA and PC in the 60/40 mass ratio, evaporation of the solvent at room temperature and crosslinking by gaseous 1,2-dibromoethane at 140 °C. After characterization of the membranes (compatibility, microscopic observations, thermal stability, effectiveness of the reticulation by measurement of swelling ratio and infra-red spectrometry and determination of the sorption capacities), we selected a PVA/poly(ethyleneimine) (PEI) membrane for the Hg(II), Pb(II), Cd(II) and Cu(II) ions and two PVA/poly(vinylimidazole) (PVI) and PVA/poly(4-vinylpyridine) (P4VP) membranes for Hg(II). The membranes were used in the static mode (sorption) and in the dynamic mode (frontal filtration). Sorption kinetics were studied. The sorption isotherms, that obey the Langmuir model, show high retention capacities for the four metal ions by the three membranes. The thermodynamical sorption parameters were determined; they show a large entropic effect. The membrane show little sensitivity to the presence of calcium or chloride ions. The implementation of the membranes in filtration became satisfactory after improvement of porosity by silica impregnation and dissolution. The membranes could be regenerated several times by treatment with a strong acid or EDTA