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Nano/Micro-structuration de surfaces fonctionnalisées

Laurent Billon — IPREM, équipe Physico-Chimie des Polymères, UMR 5254 Université de Pau et Pays de l’Adour

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Les développements de nouvelles techniques de polymérisation, Polymérisation Radicalaire Contrôlée PRC, ont permis l’élaboration de nouveaux matériaux polymères. Ces nouveaux concepts ont pu aussi être étendus à la nano/micro-structuration de surfaces fonctionnalisées. Lors de ce séminaire deux approches récemment développées au sein de l’Equipe Physico-chimie des Polymères de l’IPREM seront présentées :

1- Design de mono-couches de polymère nano-structurées. La fabrication ou la réalisation de surfaces avec des hautes valeurs de densité de greffage sont réalisées par des techniques de "greffage à partir de" ou "grafting from" qui mènent aux valeurs de densité de greffage les plus significatives. Dans ce cas, des amorceurs multi-fonctionnels de Polymérisation Radicalaire Contrôlée sont synthétisés et greffés de manière covalente sur une variété de surfaces solides inorganiques ou sur des substrats organiques. Dans une deuxième étape, la polymérisation radicalaire est initiée à partir de la surface sous des conditions contrôlées pour former des mono-couches de polymères ou de copolymères. L’association d’une densité de greffage contrôlée, des amorceurs immobilisés à la surface, avec les avantages de la PRC, nous permet de créer des mono-couches de polymères avec des propriétés pré-déterminées et bien définies, telles que le degré de polymérisation et l’architecture des polymères (élastomère, copolymère dibloc amphiphiles, branchés …). En jouant sur la densité de greffage, il est possible de couvrir des régimes allant de la brosse de polymères pour la modification des propriétés de surfaces jusqu’à des chaînes macromoléculaires isolées manipulables par AFM. Cette approche ouvre de grandes perspectives de "design" de mono-couches greffées de polymères avec des propriétés ajustables, pré-définies et stimulables (pH, salinité, température …).

2- Micro-structuration de films fonctionnels biomimétiques. Des effets optiques d’irisation peuvent être obtenus grâce à des structures périodiques. Dans ce cas, le matériau peut être schématisé comme la répétition d’une cellule élémentaire à des distances régulières. L’aspect optique interférentielle résulte alors de la diffraction de la lumière par ce système organisé en réseau, que l’on peut retrouver dans la nature sur les ailes de papillon.
La structure en nid d’abeille 2D est une des plus fascinantes parmi les différentes structures pouvant être obtenues par auto-assemblage de polymères. La formation de films présentant une morphologie en nid d’abeille sur des distances relativement importantes peut être obtenue par des processus d’évaporation de solutions de polymère ou « bottom-up approach ». Les films formés sont caractérisés par une organisation bidimensionnelle hexagonale de « cavités ou microcellules » séparées par des parois de polymère.