Méthodes d’assemblage

Les films multicouches ont été réalisés via deux approches différentes, la construction par trempage (ou dip-coating) dans des solutions de polyélectrolytes ou par induction centrifuge (spin-coating). Les protocoles de préparation des solutions de polyélectrolytes ainsi que les dispersions de particules seront décrits dans les chapitres suivants.

1. Assemblage par dip-coating

Le dip-coating (ou construction par trempage) est une technique développée pour réaliser des films multicouches de polyélectrolytes en plongeant alternativement un substrat dans des solutions de polyélectrolytes de charges opposées. La méthodologie propre à la réalisation de films multicouches par adsorption successive de polyélectrolytes est relativement simple. Elle nécessite, en pratique, des substrats sur lesquels viennent s’adsorber les polyélectrolytes, des solutions de polyélectrolytes (cationique et anionique) avec des paramètres physicochimiques ajustés (concentration en polymère, pH, force ionique, nature et concentration du sel…) ainsi que des solutions de rinçage. Avec ces différents éléments, des adsorptions successives peuvent être réalisées aisément et former un film multicouche en choisissant le temps d’adsorption, le nombre de rinçages et la durée d’immersion des substrats dans chaque solution de rinçage. Le procédé peut être réalisé manuellement ou automatisé de différentes façons.

52 Polyélectrolyte cationique Polyélectrolyte anionique Rinçage Rinçage Substrat

Figure II-1 : Schéma synoptique de la réalisation des films multicouches.

L’automatisation de nos dépôts a été réalisée en construisant un robot avec le pack Lego® Mindstorm. Ce pack possède de nombreux avantages tels qu’une grande liberté dans la construction du robot grâce aux briques Lego®, différents moteurs et capteurs facilitant la réalisation du mécanisme de déplacement des échantillons, une interface pilotable sous le logiciel Labview® _{et le tout pour un coût réduit. Le robot a été élaboré dans le but d’obtenir} plusieurs bicouches de polyélectrolytes, avec une étape de rinçage précédent chaque adsorption. Le robot (Figure II-2 et Figure II-3) est composé d’un bras principal, de deux porte-échantillons placés à chaque extrémité du bras principal (permettant de traiter deux échantillons simultanément par expérience) et de deux moteurs. Le premier moteur permet d’actionner horizontalement le bras principal et le second assure le mouvement vertical des porte- échantillons. L’automatisation s’effectue de la manière suivante :

- au début de la formation d’une bicouche, le bras principal est au bord du capteur 1 et l’échantillon plonge dans la solution de polyélectrolyte cationique,

- après la première étape d’adsorption, l’échantillon remonte et le bras principal effectue une rotation programmée afin de se placer au-dessus de la solution de rinçage,

- après la première étape de rinçage, l’échantillon remonte et le bras principal effectue une nouvelle rotation programmée afin de se placer au-dessus de la solution de polyélectrolyte anionique,

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- une fois la seconde étape d’adsorption effectuée, l’échantillon remonte et le bras principal tourne jusqu’à venir en butée sur le capteur 2 ce qui a pour effet de stopper la rotation et de positionner l’échantillon au-dessus de la deuxième solution de rinçage,

- lorsque la dernière étape de rinçage est réalisée, il y a formation d’une bicouche de polyélectrolyte. L’échantillon remonte et le bras principal tourne jusqu’au capteur 1 ce qui permet de repartir du même point de départ afin de former une autre bicouche.

Le robot est placé sur un élévateur afin d’ajuster la hauteur des porte-échantillons en fonction de la taille des béchers utilisés.

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Figure II-3 : vue de dessus du robot permettant l’automatisation des dépôts multicouches.

Le programme nécessaire à l’utilisation de l’automate a été développé sous Labview®_{. La} programmation a été réalisée afin que chaque étape nécessaire à la formation d’une bicouche de polyélectrolytes (adsorption et rinçage) soit ajustable. Il est ainsi possible de modifier chaque temps d’immersion des substrats dans les solutions de polyélectrolytes et de rinçage et le nombre de bicouches nécessaires (Figure II-4). De plus, les vitesses d’immersion et de retrait de l’échantillon dans les solutions peuvent également être modifiées d’un bécher à un autre.

Figure II-4 : Panneau de contrôle du programme pour l’automatisation des dépôts multicouche.

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L’effet du séchage après les différentes étapes sur la construction des films a également été étudié. Dans ce cas, les films ont été réalisés manuellement puisque l’automate n’est pas adapté à l’étape de séchage. Le séchage des films multicouches a été réalisé par l’intermédiaire d’un flux d’air chaud d’environ 60°C.

2. Assemblage par spin-coating

Le spin-coating est une technique utilisée pour réaliser des couches minces sur des surfaces planes. Le spin-coater utilisé est le spin-coater WS-650-MZ de la société Laurell (Figure II-5). Les films multicouches (PDDA/PEDOT:PSS)n ont été réalisés par spin-coating afin de comparer leur croissance et conductivité par rapport aux films réalisés par dip-coating. D’une manière générale, quelques gouttes d’une solution de polyélectrolyte sont déposées au centre du substrat, maintenu au porte échantillon grâce à une dépression d’air provoquée par effet Venturi. Le substrat tourne ensuite à haute vitesse (2000 rpm) afin que la solution contenant le polymère à déposer s’étale par force centrifuge.

L’épaisseur du film formé dépend de plusieurs facteurs. Certains facteurs sont liés à la méthode de réalisation comme l’accélération ou la vitesse de rotation du substrat. De manière générale, plus la vitesse ou l’accélération est importante et plus l’épaisseur du film est faible. D’autres facteurs sont liés au matériau à déposer. La concentration en matériau à déposer, sa masse molaire, la viscosité de la solution, la volatilité du solvant sont des paramètres qui influencent l’épaisseur finale du dépôt [1-4].

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