Bianca Martins De Lima
Étudiante au doctorat en génie chimique
Université Concordia
Publication primée : Lamellar orientation at the surface of isotactic polystyrene thin films analyzed by sum frequency generation spectroscopy
Publiée dans : Analytica Chimica Acta
Résumé
Les polymères sont de longues molécules, semblables à des nouilles de spaghetti, présentes dans d’innombrables objets du quotidien, allant des sacs en plastique aux ordinateurs portables. Ils confèrent à ces objets solidité, légèreté, et facilité de mise en forme. De nombreuses applications avancées deviennent possibles en appliquant une fine couche de polymère sur un substrat pour créer un film. Ces films sont utilisés dans de nombreuses industries et technologies, notamment dans la fabrication de cellules photovoltaïques pour la production d’énergie solaire, les emballages haute performance visant à prolonger la durée de conservation des aliments, ainsi que dans les dispositifs médicaux tels que les implants. La structure microscopique de ces films, résultant de l’arrangement moléculaire des chaînes polymères au niveau moléculaire, est influencée par les propriétés du polymère et du substrat, ainsi que par les conditions de fabrication. Certains films minces polymères présentent une structure semi-cristalline contenant des arrangements ordonnés de chaînes polymères. Deux orientations principales existent pour les structures cristallines dans les films minces : « en bordure » et « à plat ». Dans l’orientation « à plat », les axes des chaînes polymères sont alignés perpendiculairement au substrat (comme des livres sur une étagère), tandis que dans l’orientation « en bordure », ils sont alignés parallèlement à celui-ci (comme une pile de livres). L’orientation des cristaux dans les films minces polymères a un impact significatif sur leur résistance, leur rigidité et leur comportement mécanique global. De plus, elle influe sur la conductivité thermique, la stabilité et les propriétés optiques du film. Par conséquent, la capacité de déterminer précisément l’orientation cristalline des films minces est essentielle pour des applications allant de l’électronique flexible aux matériaux optiques. L’évaluation de l’orientation cristalline à la surface des films minces peut être complexe. Bien que certaines techniques microscopiques soient couramment utilisées à cette fin, des limites se posent, et il existe des cas où l’analyse microscopique n’est ni applicable ni concluante. Par exemple, ces techniques microscopiques ne peuvent pas être utilisées pour étudier les interfaces « enfouies » entre les films minces et les substrats. Par conséquent, des méthodes alternatives pour déterminer l’orientation des cristaux dans les films minces sont extrêmement bénéfiques pour le domaine. Dans cette étude, Bianca Martins De Lima et ses collaborateurs ont étudié l’orientation des cristaux dans les films minces de polystyrène à l’aide d’une nouvelle méthode, la spectroscopie de génération de fréquence somme (SFG). La SFG utilise des lasers de haute puissance et une optique de pointe pour déterminer l’orientation des molécules aux interfaces. En utilisant la SFG, ils ont pu déterminer avec précision l’orientation « à plat » des cristaux du film mince, montrant que les chaînes polymères étaient disposées perpendiculairement à la surface du film mince, comme des livres sur une étagère. Leur travail fournit une nouvelle technique pour l’analyse de l’orientation cristalline dans les films minces polymères. Cette technologie n’est pas seulement applicable aux films de polystyrène étudiés dans l’article, mais elle peut également être très utile pour l’analyse d’autres polymères lorsque des méthodes conventionnelles comme la microscopie ne sont pas adaptées.