Étude de la réactivité de surface par mesure d'angle de contact : influence de la fonctionnalisation et de la structure. Applications aux films d'oxyde de zinc électrodéposés
Résumé
In this work, we studied the surface reactivity by contact angle measurements. Wettability phenomenon is based on the nature of the interactions between a liquid and a surface. In our case, we were particularly interested in preparing textured surfaces with different roughness scales. Roughness is a key parameter to increase surface wettability. Firstly, we have prepared smooth polyvinylchloride polymers acidified with lauric acid. Then, aerosil balls are added to create some roughness on the polymer. In the two cases, acidity constants are calculated from a simple thermodynamic model. Controlling the roughness and the morphology of these polymers remain a main disadvantage that leaded us to use other materials with easier roughness control like Zinc Oxide (ZnO). We chose the electrodeposition method to synthesize this oxide. Different morphologies were prepared such like nanorods and nanowires. Wetting measurements are done on all these structures. It is well known that the wettability of ZnO can be modified by applying the bottom-up process. We used self assembled layers (SAMs) of organic molecules like octadecylsilane and fatty acids. The contact angles values are measured on all the samples and they are treated for each type of molecule. We succeeded to prepare superhydrophobic surfaces with the highest contact angle 176° ever obtained on ZnO. The study was extended and ferrocene probe molecules were used. ZnO modified with these redox SAMs were characterised by cyclic voltammetry and electrowetting. This final part is a preliminary study in the field of ZnO application as an electrochemical and/or biological sensor.
Le travail présenté dans ce manuscrit concerne l'étude de la réactivité de surface par mesures d'angles de contact. D'un point de vue fondamental, la description des phénomènes de mouillabilité repose essentiellement sur la compréhension de la nature des interactions entre une surface et un liquide. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'élaboration de surfaces texturées rugueuses. La rugosité étant un paramètre clé qui amplifie la mouillabilité d'une surface. Dans la première partie, nous avons préparé des polymères formés d'un mélange de polychlorure de vinyle et d'acide laurique. Puis, ces films sont rendus rugueux en y incorporant des billes d'aérosil. Dans les deux cas, nous avons déterminé la valeur de la constante d'acidité et cela à partir d'un modèle thermodynamique simple. Mais, l'inconvénient de ce type de surface réside dans le fait qu'il n'est pas aisé d'en modifier la morphologie ni de la contrôler. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à des matériaux dont la rugosité peut être facilement contrôlée. Pour cela, nous avons choisi l'oxyde de zinc (ZnO). Nous avons opté pour l'électrodépôt comme voie de synthèse. Différentes morphologies de ZnO sont obtenues comme les nanocolonnes et les nanotiges. La mouillabilité de ces films est facilement modifiable en adoptant la voie ascendante et cela en fixant des molécules organiques telles que l'octadécylsilane ou des acides gras. Des mesures d'angles de contact ont été effectuées sur ces couches auto-assemblées et interprétées en fonction de la molécule choisie. Nous avons ainsi réussi à préparer des surfaces superhydrophobes en fonctionnalisant les nanotiges par l'acide stéarique, un angle de contact de 176° est atteint, cette valeur est la plus élevée jamais rapportée sur de l'oxyde de zinc. L'étude a été étendue sur d'autres molécules notamment à caractère redox contenant un dérivé du ferrocène. Les films de ZnO modifiés sont caractérisés par électrochimie et électromouillage. Cette étude ouvre la porte à de nouvelles applications du ZnO notamment dans le domaine des capteurs électrochimiques et/ou biologiques.
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