Comprendre comment les interfaces influencent la structure et la cristallisation des polymères

Les interfaces entre les polymères et leur environnement, tout comme celles entre les composants d’un matériau polymérique, influencent fortement les propriétés macroscopiques et la performance des matériaux avancés. En particulier, le taux de cristallinité, la morphologie des cristaux, l’adhésion et la friction dépendent toutes des propriétés interfaciales des polymères. Ces relations sont particulièrement importantes dans le cas des couches minces et des revêtements à cause de leur grande superficie. Bien que les interfaces de polymères aient été relativement bien étudiées, il n’existe toujours pas de description quantitative des effets de la structure moléculaire et de la composition des polymères aux interfaces sur leurs propriétés physiques et leur cristallisation. Une telle compréhension est essentielle, car ces matériaux sont utilisés dans une panoplie de secteurs de l’économie québécoise, y compris l’industrie aérospatiale et les dispositifs médicaux, pour lesquels les propriétés du polymère doivent être optimisées soigneusement afin de minimiser la friction et l’usure tout en maximisant l’adhésion aux surfaces et la durabilité.

L’un des défis est de comprendre l’impact de la cristallinité sur les propriétés mécaniques et de surface des couches minces polymériques. En général, la cristallinité d’un polymère est modifiée par un traitement thermique ou en changeant la structure moléculaire. Toutefois, un autre facteur important est l’interaction de la couche mince polymérique avec son substrat, car elle peut entraîner des effets non contrôlés sur la cristallinité et les propriétés mécaniques du polymère. À l’inverse, une bonne compréhension de ces interactions rendrait possible la sélection des interfaces durant la fabrication d’un matériau afin d’en optimiser les performances.

Dans ce projet, on vise à développer une compréhension solide de la façon dont les interactions entre les polymères et le substrat influencent la cristallinité, la morphologie et les propriétés de surface des couches minces polymériques.  Les objectifs sont : (1) l’utilisation de méthodes optiques non-linéaires avancées (sum frequency generation) pour évaluer l’orientation moléculaire des polymères à une variété d’interfaces, (2) le développement d’un instrument unique de spectroscopie Raman pour sonder la cristallinité des couches minces avec une sensibilité inégalée, (3) de déterminer la capacité de divers substrats d’induire la germination des cristaux et le lien entre le taux de germination, la structure cristalline et l’orientation du polymère à l’interface, et (4) d’évaluer comment les propriétés de surfaces de couches minces polymériques, dont l’adhésion et la friction, dépendent des interfaces et de la cristallisation induite par l’interface. On obtiendra ainsi une description quantitative de la façon dont la structure et les interactions aux interfaces influencent la cristallisation des polymères. Les connaissances découvertes et les nouvelles techniques développées seront ensuite exploitées pour des applications en industrie, en médecine et dans d’autres domaines.