Plasmonic anisotropic nanocomposite based on block copolymers and gold nanoparticles

La nanochimie et l'auto-assemblage sont des voies prometteuses de fabrication de matériaux nanostructurés aux propriétés optiques innovantes dans le domaine visible. Dans cette étude, des nanocomposites plasmoniques anisotropes sont formulés en introduisant sélectivement des nanoparticules métalliques dans des phases ordonnées de copolymères diblocs symétriques selon différentes stratégies d'incorporation. Pour la stratégie de post-incorporation, des nanoparticules d'or présynthétisées en milieu aqueux sont introduites sélectivement dans des phases pré-ordonnées d'un copolymère dibloc amphiphile. L'incorporation directe consiste à mélanger des nanoparticules d'or présynthétisées et un copolymère dibloc dans un solvant commun. La synthèse in situ de nanoparticules consiste à réduire des précurseurs métalliques préalablement introduits dans un des deux blocs d'un copolymère via une étape de réduction. Nous étudions, en particulier, comment la taille des nanoparticules d'or et leur fraction volumique influencent la nanostructure et les propriétés optiques de ces films nanocomposites. La morphologie des films macroscopiques est étudiée par microscopie électronique à transmission et diffusion des rayons X aux petits angles. Les films minces de nanocomposites sont caractérisés structurellement par microscopie à force atomique, microscopie électronique à transmission et réflectivité des rayons X. Les indices optiques déterminés par ellipsométrie spectroscopique peuvent être décrits par un modèle de Maxwell-Garnett, prenant éventuellement en compte de façon phénoménologique les effets de couplage entre nanoparticules d'or.Nanochemistry and self-assembly are promising ways to fabricate nanostructured materials with innovative optical properties in visible light. In this work, anisotropic plasmonic nanocomposites are formulated by selectively introducing metallic nanoparticles in ordered phases of symmetric dibloc copolymers with different strategies. For the strategy of post-incorporation, pre-synthesized gold nanoparticles in aqueous medium are selectively introduced in pre-ordered phases of an amphiphilic dibloc copolymer. Direct incorporation consists in mixing pre-synthesized gold nanoparticles and dibloc copolymer in a common solvent. In situ synthesis of nanoparticles consists in reducing metallic precursors previously introduced in one of two blocks of a copolymer via a reduction step. The influence of the size and the volume fraction of gold nanoparticles on the nanostructure and the optical properties of the nanocomposite films have been particularly studied. Morphology of macroscopic films is studied by transmission electron microscopy and small angle X-ray scattering. The nanocomposite thin films are structurally characterized by force atomic microscopy, transmission electron microscopy and X-ray reflectivity. The optical indices obtained by spectroscopic ellipsometry can be described with Maxwell-Garnett models, which can take into account phenomenologically the effects of coupling between gold nanoparticles