Thermosensitive gold nanoparticles : solution optical properties and interfacial behaviour

Nanoparticules d’or thermosensibles : propriétés optiques en solution et comportement à l’interface

• Auteur / Autrice : Cynthia Said-Mohamed
• Direction : Lay Theng Lee
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 14/11/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Léon Brillouin (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....) - Laboratoire Léon Brillouin
• Jury : Président / Présidente : Liliane Léger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lay Theng Lee, Liliane Léger, Dominique Hourdet, Olivier Spalla, Fabrice Vallée, Mohamed Daoud, Heikki Tenhu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dominique Hourdet, Olivier Spalla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Neutrons -- Diffusion

Couches minces

Résonance plasmonique de surface

Mots clés libres

Nanoparticules d’or thermosensibles

SPR

DNPA

Films de Langmuir

Réflectivité de neutron

Réflectivité de X

Thermosensitive gold nanoparticles

SPR

DNPA

Langmuir films

Neutron reflectivity

X-ray reflectivity

Résumé

L’objectif de cette thèse est de contrôler les propriétés optiques des nanoparticules d’or greffées de polymère en modulant les propriétés structurales de la couche protectrice de polymères. Des nanoparticules greffées de polymères thermosensibles avec une large gamme de masse molaire et différents degrés d’hydrophobicité sont synthétisées par la méthode de « grafting-to ». La DNPA est utilisée pour caractériser les propriétés structurales de la couche protectrice de polymère. Les spectres d’absorption sont modélisés en utilisant la théorie de Mie. Nous démontrons que la sensibilité de la SPR à la propriété diélectrique du solvant diminue progressivement avec la fraction volumique de la couche de polymère jusqu’à devenir quasi-nulle; dans ce dernier cas de figure, la SPR est dite « gelée » par la couche de polymère. Un déplacement significatif de la bande de SPR vers le rouge est induit (un changement de couleur se produit) dû à une transition de collapse de la couche de polymère avec la température. La gamme de température pour induire ce déplacement dépend du degré d’hydrophobicité du polymère et de la salinité. Une partie important de cette thèse est également consacrée aux propriétés des nanoparticules d’or greffées de polymères à l’interface air-eau. La technique de Langmuir est utilisée pour former des films minces dont la distance entre particule est contrôlée par la compression, la longueur des chaînes du polymère greffé et la température. Les propriétés structurales des films minces sont étudiées en déterminant la conformation de la couche de polymère greffée et l’organisation du cœur de l’or par la réflectivité de neutron et de X, respectivement. Les mesures de réflectivité nous permettent également d’évaluer et d’améliorer la stabilité des films minces pour un meilleur control de la distance entre particule, aspect important pour l’optimisation de la SPR. Enfin, les propriétés optiques des nanoparticules d’or à l’interface sont mesurées par des mesures de transmission.

In this thesis, the objective is to control the polymer-grafted gold nanoparticles optical properties (SPR) by tuning the protecting polymer shell structural properties. Gold nanoparticles grafted with thermosensitive polymers with a large range of molecular masses and different degrees of hydrophobicity are synthesized by “grafting-to” technique. SANS is employed to characterize the protecting polymer shell structural properties. The absorption spectra are modeled using the Mie Dipolar theory. It is shown that the gold nanoparticle sensitivity to external solvent is progressively reduced with increasing polymer volume fraction of the nanocomposite until the SPR is frozen by the polymer shell. In this case, the SPR mode becomes insensitive to the dielectric properties of the solvent. SPR is also red-shifted (a color change occurs) by thermally inducing the collapse of the polymer shell. The temperature and the extent of the red-shift are controlled by the graft polymer hydrophobicity and salinity. An important part of this thesis is also dedicated to the polymer-protected gold nanoparticles behaviour at the air-water interface. The Langmuir balance technique is used to build interfacial layers whose interparticle distance is modulated by compression, polymer graft chain length and temperature. The interfacial layer structural properties are determined by studying both the polymer graft layer conformation and the gold core organization with neutron and X-ray reflectivities. These reflectivitity measurements also enable us to evaluate and ameliorate the surface layers stability for a better control of the interparticle distance that is important for optimizing the SPR of the surface layer.