Étude des transitions thermiques par ellipsométrie multi-énergies sur films minces et objets individuels de polymère

Multiple thermal transitions studied by ellipsometry multi-energy on thin film polymers and individuals coils

• Auteur / Autrice : Abderrahim El Ouakili
• Direction : Yves Grohens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Ellipsométrie

Couches minces

Thèses et écrits académiques

Transition vitreuse

Mots clés libres

Nanoconfinement

Globules et chaînes individuellles

Résumé

Depuis la mise en évidence du phénomène de déviation de température de transition vitreuse (Tg) dans les films minces de polymère par Keddie et al. En 1994, de très nombreux travaux se sont succédés pour interpréter ce phénomène qui reste mal compris. L’apport de ce travail a été de démontrer les avantages de l’ellipsométrie multi-longueur d’onde pour caractériser les différentes Tg dans un film mince. Ainsi un phénomène de stratification a été observé dans un film de polymère selon la force et la nature des interactions des chaînes de polymère avec le substrat. Cette stratification a engendré trois transitions : T- attribuée aux molécules de grande mobilité proche de la surface libre, elle diminue en diminuant l’épaisseur, T± proche de Tg du polymère massif, elle est attribuée aux molécules situées au milieu du film, elle est quasiment indépendante de l’épaisseur, et T+ attribuée aux molécules de faible mobilité près de l’interface avec le substrat, elle augmente en diminuant l’épaisseur. La stratification dans les films dépend donc essentiellement de trois paramètres : les effets des interactions polymère/substrat, les interactions polymère/polymère et les interactions avec la surface libre. L’étude des transitions sub-vitreuses a permis de mettre en évidence les effets de la présence de traces d’eau pour des substrats ou polymères polaires (i-PMMA) qui rends les interprétations difficiles. Par contre, le PS autorise les hypothèses quant aux transitions observées par ellipsométrie à des très basses températures. Enfin, l’étude menée sur des globules et des chaînes individuelles a montré que l’on pouvait mesurer des transitions vitreuses par ellipsométrie sur ces systèmes très dilués. Les variations de Tg observées dans les objets globulaires seraient liées au désenchevêtrement. Dans le cas des chaînes individuelles, la T± disparaît au profit de T+ et T-, ce qui laisse à penser qu’aucune portion de chaîne ne présente de dynamique massique.

Since the discovery of the phenomenon of deviation of the glass transition temperature (Tg) in thin films of polymer by Keddie et al. In 1994, numerous studies have succeeded in interpreting this phenomenon remains a poorly understood. The contribution of this work was to demonstrate the advantages of ellipsometry multi-wavelength to characterize the different Tg in a thin film. Thus a stratification phenomenon was observed in a polymer film according to the nature of the interaction strength of the polymer chains with the substrate. This stratification has resulted in three transitions: T- attributed to the high mobility of molecules near the free surface decreases by decreasing the thickness, T ± close to Tg of the polymer solid attributed to molecules located in the middle of the film almost independent of the thickness, and T + attributed to low mobility of molecules near the interface with the substrate that increases by reducing the thickness. Stratification in the films depends mainly on three parameters: the effects of polymer / substrate interactions, polymer / polymer interactions and interactions with the free surface. The study of sub-vitreous transition has highlighted the effects of the presence of traces of water to polar substrates or polymer (i-PMMA) which makes interpretation difficult. In contrast, the PS allows assumptions about the transitions observed by ellipsometry at very low temperatures. Finally, the glass transitions of globules and individual chains can be measured by ellipsometry on these very dilute systems. Changes in Tg observed in this globular objects are not depend on the surface treatment. In the case of individual channels, the T + - disappears in favor of T + and T, which suggests that no part of this chain does mass dynamics.