Spray-assembly of polyelectrolyte and polyelectrolyte/nanoparticle films : structural characterization and improvement of mechanical properties

Dans cette thèse, des films couche-par-couche de polyélectrolytes et polyélectrolytes/nanoparticules ont été préparés en utilisant différentes méthodes et ont été soigneusement caractérisés. En premier lieu, des films de polyélectrolytes assemblés par pulvérisation ont été étudiés par Réflectométrie des Neutrons et les résultats ont confirmés la formation de couches stratifiées. Ainsi, l’assemblage par pulvérisation de films LbL est rapide et conduit à des films de haute qualité. En plus, nous avons étudié l’assemblage de films de polyélectrolytes par pulvérisation simultanée en collaboration avec la BASF AG. Le deuxième sujet a consisté en la préparation de films de polyélectrolytes fonctionnels en utilisant l’exemple des films LbL assemblés par pulvérisation contenant des nanoparticules d’or (Au NP). Comparé au dépôt LbL par trempage, l’assemblage par pulvérisation a fourni des multicouches de Au NP en une fraction de temps. De plus, il a été montré qu’avec un assemblage par pulvérisation les Au NP ont pu être confinées dans des couches individuelles horizontales sans avoir besoin d’un traitement additionnel des films, comme cela a été reporté récemment pour un cas similaire1. Il a également été observé que les couches polymères sandwichs contrôlent la rugosité des films superposés et ainsi le couplage plasmon de surface entre deux couches adjacentes de Au NP. Troisièmement, nous avons établi que même des films LbL faibles peuvent être protégés mécaniquement par des multicouches époxy robustes si le revêtement robuste dépasse ≈10 nm en épaisseur. 1.M. Kolasinska, T. Gutberlet, R. Krastev, Langmuir, 2009, 25, 10292In this dissertation Layer-by-Layer (LbL) polyelectrolyte and polyelectrolyte/ nanoparticle films were prepared using a number of different methods and were closely characterized. Firstly spray-assembled polyelectrolyte films were studied using Neutron Reflectivity and the results confirmed that stratified layers are formed. Thus, spray assembly of LbL-films is rapid and leads to high quality films. In addition, we studied the assembly of polyelectrolyte films by simultaneous spraying in collaboration with BASF AG. A second topic is the preparation of functional polyelectrolyte films using the example of spray-assembled lbL-films containing gold nanoparticles(Au NP). Compared to dip LbL deposition, spray assembly yielded Au NP multilayers in a fraction of the time. Additionally, it was found that with spray assembly the Au NP could be confined to individual horizontal strata without the need for additional treatment of the films as recently reported for a similar case1. It was also found that varying the sandwiched polymer layers controls the film’s superposing roughness and thus the surface plasmon coupling between two adjacent Au NP layers. Thirdly, we established that even weak LbL-films can be mechanically protected by robust epoxy multilayers if the robust coating exceeds ≈10 nm in thickness. 1.M. Kolasinska, T. Gutberlet, R. Krastev, Langmuir, 2009, 25, 1029