Assemblage dirigé de nanoparticules colloïdales par nanoxérographie : développement et application à la réalisation de marquages sécurisés

• Auteur / Autrice : Pierre Moutet
• Direction : Laurence Ressier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance le 21/11/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Matière
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets - Laboratoire de physique et chimie des nano-objets / LPCNO
• Jury : Président / Présidente : David Vignolles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Ressier, Laurent Malaquin, Jean-Daniel Marty
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Begin-Colin, Brice Gautier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanofluides

Mots clés libres

Nanoparticules colloïdales

Nanoxérographie par AFM

Assemblage dirigé

Étiquette de marquage sécurisée

Colloidal nanoparticles

AFM nanoxerography

Directed assembly

Security ink tag

Résumé

L’assemblage dirigé de nanoparticules colloïdales sur des surfaces est une étape clé pour l’étude et la caractérisation de leurs propriétés physiques, ainsi que pour l’élaboration de dispositifs fonctionnels les intégrant. Ces travaux de thèse portent sur le développement et l’utilisation d’une technique d’assemblage dirigé rapide, applicable à une large gamme de dispersions colloïdales : la nanoxérographie par microscopie à force atomique (AFM). Le protocole de nanoxérographie par AFM est composé de deux étapes : (i) l’injection de motifs de charges dans un matériau électret, suivie (ii) d’un développement dans une dispersion colloïdale permettant de piéger les nanoparticules en quelques secondes seulement sur les motifs de charges par interaction électrostatique. L’ajustement précis des différents leviers expérimentaux et l’utilisation de dispersions colloïdales synthétisées par voie chimique avec des caractéristiques finement contrôlées nous ont permis d’affiner notre compréhension des mécanismes régissant l’assemblage dirigé par nanoxérographie par AFM et de repousser les limites de cette technique sur trois points précis : les assemblages binaires, l’assemblage de nano-objets individuels et les assemblages multi-couches de nano-objets. Les résultats obtenus ont ensuite été mis à profit pour élaborer des étiquettes de marquage sécurisées micrométriques à base de nanocristaux luminescents de NaYF4 dopés avec des terres rares destinées à la lutte anti-contrefaçon et le traçage de produits.

Directed assembly of colloidal nanoparticles is a fundamental step for observation and quantitative measurement of their physical properties, as well as using them for the conception and manufacturing of innovative functional devices. This research aim to enhance a technique used for fast directed assembly of a wide range of colloidal nanoparticles : atomic force microscopy (AFM) nanoxerography. This technique consists of two steps : (i) injection of charge patterns written on a thin layer of electret, followed by (ii) an immersion of the electret into the colloidal solution. This last step allows nearly instantaneous selective deposition of nanoparticles onto the charge patterns. Fine tuning of few experimental levers and chemical synthesis of customized nanoparticles solution with finely tuned physical properties has allowed us to further our understanding of the assembly obtained with AFM nanoxerography mechanics. Three previously known limitations of the technique have been lifted : binary assembly, single nanoparticle assembly and multilayered assembly. Results obtained have then been used to design and produce microtags out of rare-earth based photo-luminescent NaYF4 nanocrystals, with tremendous potential for product traceability and fight against counterfeiting.