Effet de confinement sur la réticulation d’un réseau époxy supporté en couche mince ?

1. Effet de confinement sur la réticulation d’un réseau époxy supporté en couche mince ? Pascal Carriere, Sandra Onard LCP –Pôle Matériaux – MAPIEM Journée « Caractérisation des nanostructures », le 19 mars 2008

2. Problématique • La structure d’un réseau époxy en couche mince est-elle homogène ? • La température de transition vitreuse dépend-elle de l’épaisseur ? • A quelle échelle1 doit-on s’intéresser ? • Echelle nanométrique ? • Epaisseur des films dans cette étude : 70 nm à 250 nm 1 Pascault, JPS, 2000, V41, 2422 - 2432

3. C H O H C H 3 3 O C O C H C H C H O C 2 2 O C H C H 3 3 n H H H H O O O O O O Préparation des couches minces US dans l’éthanol Piranha solution (H2SO4/H2O2, 70°C, 30min) Wafer de Silicium 1 2 • Dépôt par spin-coating 4 à 9 OH par nm2 Solution dans le toluène de DGEBA - DDM DGEBA n = 0,16 DDM • Cycle de cuisson : ½ H à 70°C, 1H à 110°C • épaisseur = f(Concentration)

4. α = 1 - (Ie/Ir) après cuisson (Ie/Ir) avant cuisson Caractérisation des couches minces : 1/conversion Ir: intensité de la bande de référence) (Ie: intensité de la bande epoxy • Taux de réticulation des films : IRRAS Bande de Référence C-H aromatique (830 cm-1) Avant cuisson Cycle Oxirane (915 cm-1) Bande réacive Après cuisson Angle d’incidence de 50° : αmoyen ~ 0.7 pour l’ensemble des épaisseurs de films

5. deg nm deg nm Caractérisation des couches minces : 2/homogénéité Image topographique Image en phase • Analyse de surface : AFM • Topographie (rms ~ 0,3 nm) • Pas de différences de viscoélasticité pour des domaines supérieur à 10 nm

6. T° Caractérisation des couches minces : 3/température de transition vitreuse 2 points de changement de pente 2 • Analyse thermique : µTA Sonde 1 z Polymère Tg1 ~ 98°C(+/-5°C) Tg2 ~ 142°C(+/-6°C) Substrat Faible densité de réticulation (excès de DDM)1 Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2 Plus importante densité de réticulation 1Yim, Macromolecules, 1999, 7932 - 7938

7. enfoncement constant de l’ordre de 10 nm +/- 5 Caractérisation des couches minces : 3/Tg = f ( épaisseur ) ? • Analyse thermique : µTA Faible densité de réticulation (excès de DDM) Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2 Plus importante densité de réticulation

8. Après cuisson • Ethérification avec la de l’épaisseur Avant cuisson Portée ? Caractérisation des couches minces : 4/chimie du réseau = f ( épaisseur ) • IRRAS : Spectre e = 160 nm C-O-C aliphatique (1110 cm-1)

9. Layer at the air surface: Tg1 ? Sub-layer: Tg2 Forte réactivité/interactions avec la surface Caractérisation des couches minces : 5/Tg∞ = f ( épaisseur ) ? Angle d’incidence de 50° : α~ 1 • Analyse thermique : µTA réther= 0,48 réther post cuisson = 0,50 Excès d’amines

10. T2 T1 ? Caractérisation des couches minces : 6/Stratification • Post-cuisson : T1 = cte et T2 augmente Single cantilever tool Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2

11. ? Caractérisation des couches minces : 6/Stratification • Modification accélération lors du dépôt par spin-coating • T= 148 °C Layer at the air surface: Tg1 Sub-layer: Tg2

12. Conclusion • La structure d’un réseau époxy en couche mince est-elle homogène ? • Effet de stratification dû à la méthode de dépôt • La réseau n’est pas homogène dans l’épaisseur du film • Importance de la présence de la surface • La question de l’échelle ? • Effet de stratification : 50 - 60 nm • Ethérification à la surface : 10-15 nm

13. Perspectives • Greffer les surfaces et les nanotexturées • Réduire l’épaisseur des films à quelques nm • Etudier les propriétés thermomécaniques des films qui ont démouillés • Au dépôt • A la réticulation • Confiné les systèmes réactifs entre plots de chimie et de géométrie contrôlée • Intérêt nanoTA pour les polymères nanoorganisés