Plasmonic nanocrystals synthesis and manipulation by liquid crystals
Synthèse de Nanocristaux plasmoniques et manipulation par des cristaux liquides
Résumé
Metallic plasmonic nanoparticles have fascinating light extinction properties that depend on many parameters: size, shape, particles' chemical nature, as well as the surrounding medium. Studies on this system absorbing mainly in the visible range has led to applications in various fields such as catalysis, biological applications, or sensors. Recent advances in colloidal synthesis have allowed the emergence of new types of plasmonic materials: highly doped semiconductors (SC). Their charge carrier density is lower than metals extending the absorption range to the infrared (IR) region. Even if there are many similarities between metals and semiconductors, studies on the effect of assembly on the optical properties of SCs are still very limited.We have synthesized anisotropic crystalline tungsten bronze nanoparticles with anisotropic absorption properties modulated through the aspect ratio. The synthesized nanoparticles show an absorbing power comparable to metals and selectively absorbe infra-red emitted by the sun while maintaining a good transparency in visible wavelengths. Therefore it is a promising candidate for solar shielding applications.Since the integration of these nanoparticles in a device requires a bottom-up approach, we tried to understand the impact of nanoparticle assembly on their optical properties. By modifying the surface chemistry in solution, we have been able to show that the optical properties of isolated particles differ from those of organized assemblies or agglomerates of randomly oriented particles.Finally we seek to take advantage of these variations by integrating the particles into a liquid crystal matrix capable of organizing or not the colloids as a function of temperature. By changing the temperature we found that it is possible to midfy, in a reversible way, the aggregation state and thus the IR absorption.This work improves the understanding of the optical properties of plasmonic semiconductors. It also paves the way for the development of thermo-active device in IR wavelength.
Les nanoparticules plasmoniques métalliques ont des propriétés d’extinction de la lumière fascinantes qui dépendent de nombreux paramètres : taille, forme et nature chimique des particules, ainsi que du milieu environnant. L’étude de ces systèmes absorbant principalement dans le domaine visible a permis le développement d'applications dans des domaines variés tel que la catalyse, les applications biomédicales, ou encore pour la fabrication de capteurs. Les progrès récents en synthèse colloïdale ont permis l’émergence de nouveaux types de matériaux plasmoniques : les semi-conducteurs fortement dopés (SC). Leur densité de porteur de charge inférieure aux métaux permet d’étendre la gamme d’absorption au domaine infra-rouge (IR). Même s’il existe de nombreuses similitudes entre métaux et semi-conducteurs, les études sur l’effet de l’assemblage sur les propriétés optiques des SC restent très limitées.Nous synthétisons des nanoparticules cristallines de bronze de tungstène aux propriétés d'absorption anisotropes dépendantes du rapport d'aspect des particules. Les nanoparticules synthétisées montrent un pouvoir absorbant comparable aux nanoparticules métalliques et davantage adapté à l’absorption sélective des IR émis par le soleil tout en gardant une bonne transparence dans le domaine visible. Elles sont donc prometteuses pour des applications solaires.L’intégration de ces nanoparticules dans un dispositif nécessitant une approche ascendante, nous cherchons à comprendre quel est l’impact de l’assemblage des nanoparticules sur leurs propriétés optiques. En modifiant la chimie de surface des particules en solution, nous avons été capable de montrer que les propriétés optiques de particules isolées diffèrent de celles d’amas organisés ou encore d’agglomérats de particules aléatoirement orientées.Finalement nous cherchons à tirer profit de ces variations en intégrant les particules à une matrice cristal liquide capable d’organiser ou non les colloïdes en fonction de la température. En formulant ce composite avec soin, il a été possible de varier l’état d’agrégation des particules et donc l’absorption dans IR de manière réversible avec la température.Ces travaux améliorent la compréhension des propriétés optiques des semi-conducteurs plasmoniques. Ils ouvrent également la voie au développement de vitrages actifs dont l’absorption des IR varie avec la température.
Origine : Version validée par le jury (STAR)