Nouvelles stratégies d’élaboration des brosses polymères impliquant la "click chemistry"
Institution:
Lyon 1Disciplines:
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Abstract EN:
This thesis focuses on the development on a new, universal grafting method of polymer brushes to silicon wafers. We present herein a versatile and tunable “grafting to” approach based on click chemistry allowing the grafting of a wide range of chemical structures to silicon wafers. First we studied the grafting of three different azide-functionalized polymers: PS, PMMA and PEG with similar molecular weighs, to alkyne passivated silicon wafers via a click chemistry reaction. The results clearly showed that click chemistry grafting reaction is not affected by the chemical nature of the brush precursor and proceeds under mild and easy conditions. However, the polymer concentration in the reaction bath as well as the reaction time plays an important roll on the grafting density of the brushes. Second, the grafting of PEG brushes of different molecular masses on to silicon wafer via click chemistry was studied. The influence of different parameters as polymer molecular mass, polymer concentration in the grafting bath and the reaction time was studied. Generally, the grafting density increase when the reaction time and the polymer concentration are increased. There is a critical concentration (of overlapping) from which the grafting density remains constant. The study of the influence of polymer molecular weight on the brush grafting density showed that polymers with small weights give high grafting densities (1. 2chains/nm2) while polymers with high molecular weighs do not exceed 0. 08 chains/nm2. This is caused by the diffusion phenomenon of the polymer chains from solution to reach the active sites on the surface. This phenomenon is more important when grafting polymers with high molecular weights. The polymer brushes studied herein were characterized by ellipsometry (thickness), atomic force microscopy (morphology) and wetting (hydrophilic/ hydrophobic nature of brushes)
Abstract FR:
Les travaux réalisés au cours de cette thèse concernent le développement d’une méthode universelle de greffage de brosses polymères sur des substrats de silicium. Nous avons mis au point une telle méthode basée sur la click chemistry, permettant le greffage d’une grande variété de structures sur de wafers de silicium. Dans un premier temps, nous avons étudié le greffage par click chemistry de trois types de polymère fonctionnalisés azoture: le PS, le PMMA et le PEG (de masses molaires similaires), sur des substrats fonctionnalisés par des alcynes. Les résultats montrent que la nature chimique du polymère n’influence pas (ou peu) la réaction de greffage par click chemistry. Cependant, la concentration du polymère dans la solution du greffage, ainsi que la durée de la réaction de greffage jouent un rôle important sur la densité de greffage de brosses. Dans un second temps, le greffage des brosses de PEG de masses molaires variées par click chemistry sur substrat de silicium a permis l’étude détaillée des différents paramètres tels que le temps de réaction, la concentration et la masse molaire du polymère. D’une manière générale la densité de greffage augmente avec le temps de réaction et la concentration du polymère. Toutefois il y a une concentration critique (de chevauchement) à partir de la quelle la densité de greffage reste constante. L’étude de l’influence de la masse molaire du polymère sur la densité de greffage a montré que les petites masses conduisent à des grandes densités de greffage (1. 2 chaînes/nm2) tandis que les grandes masses ne dépassent pas 0. 08 chaînes/nm2. Ceci est lié au phénomène de diffusion de chaînes de la solution vers les sites actifs du substrat, qui est d’autant plus marqué que la masse molaire de polymère est grande. Les brosses ont été caractérisées par ellipsométrie (déterminer l’épaisseur), microscopie à force atomique (déterminer la morphologie des brosses) et la mouillabilité (déterminer la nature hydrophile ou hydrophobe des brosses)