Localized Organic Electrografting on Conductive and Semiconductive Surfaces Induced by Local Probe Electrochemical Microscopy
ELECTRO GREFFAGE LOCALISE D'UNE COUCHE ORGANIQUE SUR DES SURFACES CONDUCTRICES ET SEMI-CONDUCTRICES A L'AIDE D'UN MICROSCOPE ELECTROCHIMIQUE A BALAYAGE
Résumé
New techniques to locally graft organic molecules on surfaces are presently developed for electronics, biology and chemical biology: electrochemical reaction on a locally modified surface, mask lithography, multi-step modification by a SECM. The scope of this work is to study the potential of the direct mode of the SECM and the AFM-SECM to induce a non conducting organic grafting (called electrografting) onto a conducting substrate. By combining the diazonium/vinylic monomers electrochemistry and the scanning electrochemical microscope tool in static or dynamic modes, we were able to pattern localized electrografted dots, lines or complex figures onto a gold substrate with a lateral resolution, which is about two times the size of the microelectrode. This resolution is completely comparable with that obtained with micro-contact printing methods and fully compatible with the actual requirements of many chemical and biological applications. The localization of the electrografting process is controlled by adjusting the tip-substrate distance, the current density, and the reaction time. The electrochemical grafting of different polymers onto conductive surfaces has also been studied. The resulting thin films were characterized by XPS, infrared, AFM analysis and optical microscopy.
Depuis plusieurs années, les nouveaux défis posés par l'évolution de l'électronique, la génomique, la médicine, la tribologie, la détection ou le photovoltaïque poussent les chercheurs à envisager le couplage substrats conducteurs ou semi-conducteurs/matière organique, à une échelle de plus en plus localisée. Ce travail de thèse s'inscrit dans ces objectifs en proposant la localisation directe de polymères chimiquement greffés sur des substrats conducteurs par une méthode simple, rapide et fiable. Le système développé repose sur la combinaison des techniques de sonde locale (dérivées du microscope électrochimique, SECM, ou de l'AFM en mode électrochimique, AFM-SECM) avec le procédé d'électrogreffage de monomères vinyliques initiés par les radicaux aryls provenant de la réduction électrochimique en milieu aqueux des sels de diazonium. La localisation du greffage est contrôlée en ajustant la distance sonde-substrat, la densité de courant et le temps de réaction. L'utilisation de ces microscopies électrochimiques a permis "d'imprimer" sur les substrats conducteurs initialement homogènes des plots, des lignes ou des figures complexes avec une résolution latérale qui est de l'ordre de une à deux fois la taille de la sonde. La microscopie électrochimie associée aux sondes locales devient ainsi un véritable outil de lithographie électrochimique qui ouvre la voie à la structuration " à façon ", à l'échelle micro/nanométrique, de tout substrat conducteur ou semiconducteur.
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