Effets photomécaniques dans les cristaux organiques photochromes

• Auteur / Autrice : Isabelle Colombier
• Direction : Patrice Baldeck, Anne Corval
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

Le photochromisme est la propriété que possèdent certaines espèces chimiques de présenter une transformation réversible, induite par la lumière, entre deux états ayant des spectres d'absorption séparés. Suivant l'amplitude des modifications structurales photoinduites, la réaction peut se produire dans des milieux plus ou moins rigides. Dans ce travail, nous nous intéressons à la phase cristalline et plus particulièrement à l'étude des propriétés spectroscopiques de nano- et microcristaux de molécules organiques photochromes. Dans ce but, nous avons développé un banc de microspectroscopie avec une résolution de 500nm, nous permettant d'étudier des cristaux de taille submicrométrique. Lors de l'étude de monocristaux d'un diarylethene, nous avons observé un effet photomécanique original: la réaction photochrome s'accompagne dans ce cas de sauts pouvant mesurer jusqu'à 4mm pour des cristaux de taille micrométrique. D'autre part, lorsqu'on empêche les cristaux de sauter, on observe la formation d'un réseau de fractures parallèles et équidistantes à la surface des cristaux. Ces effets correspondent à la traduction macroscopique de l'accumulation de contraintes ponctuelles dans le cristal lors de la photoréaction. Nous défendons l'hypothèse selon laquelle sauts et fractures ont un antécédent commun: une déformation périodique de la surface qui pourrait être liée à une instabilité de Grinfeld.

Photochromism is defined as a reversible photoisomerization belween Iwo forms having different absorption spectra. The reaction can occur even in the crystalline state when the photoinduced molecular structural changes are not too large. Ln this report, we study spectroscopic properties of nano- and microcrystals of organic photochromic molecules. For this purpose, we have developed a microspectroscopy setup with a 500nm resolution. During the study of single-crystals of a diarylethene, we have observed a new photomechanical effect. As usual, colorless single crystals turn colored under UV-irradiation. However, when the energy absorbed by crystals reaches about 10~J, they jump. Moreover, when we prevent crystals from jumping, parallel, equidistant cracks appear due to elastic energy dissipation. These Iwo photomechanical effects correspond to the relaxation of the stresses accumulated in crystals during the photoreaction. We suggest the hypothesis that jumps and cracks are preceded by a periodic surface deformation which could be related to a Grinfeld instability.