Determination des conditions d'obtention de films monomoleculaires organises : application aux silanes auto-assembles sur silice

• Auteur / Autrice : JEROME V. DAVIDOVITS
• Direction : Michel Goldmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Nous avons etudie la croissance et la structure d'une monocouche auto-assemblee sur substrat solide (silice native sur pastille de silicium), en fonction de la temperature de realisation des echantillons. La molecule etudiee, le n-octadecyltrichlorosilane (ots), porte dans sa partie inorganique trois groupes chlore qui s'hydrolysent au contact de l'eau presente a la surface du substrat. Les hydroxyles qui les remplacent se condensent ensuite, entre eux pour former des ponts siloxanes, et avec les silanols de la surface ce qui conduit au greffage des molecules. La croissance des films monomoleculaires et la structure de monocouches completes ont ete etudiees separement. Nous avons suivi la croissance par des mesures ex situ de microscopie a forces atomiques (afm). La structure a ete mesuree par diffraction des rayons x en incidence rasante. Ces mesures ont permis de montrer que la croissance et la structure de la monocouche presentent deux regimes distincts en fonction de la temperature de realisation des echantillons. Trois phases, gaz (g*), liquide expanse (le*) et liquide condense (lc*) sont observees. A basse temperature la monocouche presente deux transitions successives completes du premier ordre : g*le*lc*. La coexistence des phases g* et le* est une mousse bidimensionnelle ; la phase le* est donc fluide. La totalite de la surface de la monocouche complete est occupee par la phase lc* constituee de molecules en moyenne verticales, organisees sur un reseau hexagonal. A haute temperature, seule la premiere transition g*le* est achevee, la seconde ne pouvant s'etablir totalement. La phase lc* homogene n'est jamais obtenue ; seule une fraction de la surface est occupee par des domaines lc*, le reste etant occupe par la phase le*. Un modele tenant compte de la competition entre la thermodynamique des chaines et la cinetique de condensation des tetes a ete propose, puis eprouve, pour rendre compte de ces observations. Les conditions d'obtention de films monomoleculaires organises denses, deduites du modele, ont ete appliquees avec succes a la realisation de monocouches de 1h,1h,2h,2h-perfluorodecyltrichlorosilane (fds) ; les monocouches obtenues sont particulierement denses et ordonnees.