Déposition photochimique du gaz de synthèse (CO et H2) pour la fonctionnalisation en surface à conditions ambiantes

Le phénomène d'agglomération des nanoparticules reste un obstacle technique à leur mise en œuvre à leur plein potentiel. Bien que les agents tensioactifs peuvent résoudre ce problème dans le cas de suspensions dans des liquides, cette solution facile n'est pas applicable à toutes les situations. Le problème est que les agents tensioactifs ont tendance à se désorber de la surface lorsqu'amenés à des températures au-delà de 70°C. De nombreux usages nécessitent d'atteindre des températures plus élevées que ce seuil, soit au cours de leur durée de vie utile (par ex.: nanofluides) ou au cours de leur processus de fabrication (par ex.: nanocomposites, soit des nanoparticules dispersées dans une matrice polymère). Une autre façon de contrer cet effet consiste à attacher des groupes fonctionnels à la surface des particules grâce à une forte liaison covalente (un processus connu sous le nom fonctionnalisation), modifiant ainsi leurs propriétés de surface. Bien qu'applicables à certaines applications à forte valeur ajoutée, les méthodes actuelles de fonctionnalisation à base de liquides sont souvent trop coûteuses pour permettre leur utilisation en contexte industriel. Notre groupe de recherche a étudié l'aspect coût versus efficacité et propose la déposition de vapeur photochimique (PICVD) comme un candidat potentiel pour la fonctionnalisation de particules à grande échelle. Le PICVD utilise la lumière UV comme initiateur de polymérisation radicalaire en phase gazeuse, afin de déposer des groupes fonctionnels sur la surface. Les avantages de cette technique sont non négligeables: faible consommation d'énergie, opération à des conditions normales et utilisation de matériel et de réactifs communs. Alors que le souci premier relié à l'utilisation du PICVD est son faible taux de déposition, cette crainte n'est pas fondée dans le cas de la fonctionnalisation en surface, puisque la charge de surface est un principe purement surfacique et aucunement volumique. La possibilité d'utiliser le PICVD pour la fonctionnalisation en surface a été étudiée. Les essais ont été effectués sur des substrats macroscopiques plats afin d'éliminer les facteurs reliés aux phénomènes de transfert de masse, ainsi qu'à la manipulation souvent complexe des nanoparticules. Les propriétés de surface ont été caractérisées par goniométrie ainsi que par FTIR, alors que la composition de l'effluent gazeux de sortie a été mesuré par GCMS. Les résultats obtenus ont confirmé que les surfaces peuvent être traitées par PICVD, mais invitent aussi à penser que les propriétés de surface peuvent être finement ajustées en contrôlant la cinétique impliquée dans le réacteur. Un modèle empirique a été développé reliant l'angle de contact aux paramètres expérimentaux du système. De plus, l'addition de peroxyde d'hydrogène en tant que promoteur a permis l'extension des plages de valeur obtenues pour l'angle de contact, soit de 30-100° à 5-118°. Des substrats de polymères ont également été testés suivant le même procédé, mais cette fois en visant uniquement les revêtements hydrophobiques. Les résultats démontrent que le concept s'applique également sur des substrats de polymère. L'addition de peroxyde d'hydrogène a entraîné la formation de revêtement hautement hydrophile (angles de contact autour de zéro), et ce, à des conditions généralement connues pour donner des revêtements hydrophiles. L'étude a conclu que le PICVD est en effet un candidat potentiel pertinent pour la fonctionnalisation en surface. Par contre, cette étude ne peut formuler aucune conclusion quant à son efficacité directement appliquée aux nanoparticules. Des recommandations pour des travaux futurs incluent un contrôle plus fin des températures locales dans le réacteur. Par exemple, le refroidissement du substrat ainsi que le préchauffage du précurseur pourraient améliorer considérablement la qualité des revêtements, notamment en encourageant la condensation et l'adsorption sur la surface ainsi qu'en accélérant la cinétique dans le gaz du même coup. Le mémoire se termine sur des idées d'applications industrielles potentielles pour cette nouvelle technologie.