Élaboration de surfaces polymères orientées et nanostrueturées pour l'orientation de matériaux moléculaires conjugués
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Abstract EN:
The aim of this thesis is to understand the mechanism of oriented growth of two organic molecules: zinc phthalocyanine (ZnPc) and zinc tetra-tertiobutyl phthalocyanine (ttbZnPc), on oriented substrates of bisphenol A polycarbonate (PC). In the first section, the structure of the oriented and nanostructured PC substrate has been studied. The PC surface consists of a periodic alternation of oriented crystalline lamellae and amorphous zones. The crystalline lamellae show a preferential contact plane (a,c). These PC substrates present a “bi-layers” structure: the oriented overlayer is crystallised over while the underlying layer is amorphous. In the second section, we have analyzed the oriented growth of the ZnPc thin films evaporated on the PC substrate. Morphology, polymorphism and orientation of ZnPc nanocrystals depend on the substrate temperature (Ts). Furthermore, a high in-plane orientation of the ZnPc nanocrystals emerges when the film exceeds 15 nm. ZnPc nuclei are oriented by “topographical epitaxy” on the surface of the lamellar crystals of PC. The lamellar structure of the PC substrates promotes the growth of the ZnPc nuclei by coalescence of adjacent monodomains. The molecular stacking of ZnPc molecules lies parallel to the crystalline lamellae. Finally, it is shown that PC films constitute an interesting alternative to friction-transferred polytetrafluoroethylene substrate to orient semiconductor molecules of ZnPc and ttb-ZnPc (up to Ts ~ 170°C).
Abstract FR:
Le but de ce travail de thèse est de comprendre les mécanismes de croissance à la base de l’orientation de molécules organiques de phtalocyanine de zinc (ZnPc) et de phtalocyanine substituée de tétra-tertiobutyl (ttb-ZnPc) sur des substrats orientant de polycarbonate de bisphénol A (PC). Dans une première partie, nous avons étudié la structure des substrats orientés et nanostructurés de PC. La surface de PC présente une alternance de lamelles cristallines et de zones amorphes, dont le plan de contact des lamelles cristallines est le plan (a,c). Ces substrats de PC présentent une structure en « bi-couche » : la surface orientée est cristallisée sur ~ 60 nm d’épaisseur et la couche sous-jacente reste dans son état amorphe. Dans une seconde partie, nous avons étudié la croissance de films orientés de ZnPc déposés sur des substrats de PC. La morphologie, le polymorphisme et l’orientation des nanocristaux de ZnPc sont déterminés par la température du substrat (Ts). De plus, l’orientation dans les films apparaît seulement à partir d’une épaisseur critique des films comprise entre 15 et 50 nm. Les germes de ZnPc sont orientés par un mécanisme « d’épitaxie topographique » induit par les chaînes de PC orientées. La structure lamellaire des substrats de PC orientés favorise la croissance par coalescence des germes de ZnPc dont l’orientation des empilements colonnaires est parallèle aux lamelles du substrat. Nous avons montré que les substrats de PC sont une alternative prometteuse aux substrats de polytétrafluoroéthylène pour l’orientation des molécules semi-conductrice de ZnPc et de ttb-ZnPc (jusqu’à Ts ~ 170°C).