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Stabilité environnementale des couches minces hybrides organiques/inorganiques sur substrats de plastique

Martin Caron

Master's thesis (2016)

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Abstract

This Master's thesis concerns the environmental stability of dielectric coatings for plasticoptics. Since classic high-index (n � 2) and low-index (n � 1.5) inorganic dielectrics arebrittle, the goal here was to obtain more resilient and durable materials. In our case, thiswas done by obtaining hybrid organic/inorganic coatings which, in some way, exhibit mechanicalproperties which are more similar to those of plastic substrates.These hybrid materials were deposited using ion beam assisted chemical vapour depositionusing oxygen ions with an organosilicon precursor. The deposited materials are based onSiO2 and ZrO2 for the low and high indices, respectively. The deposited layers were thensubject to thorough optical and mechanical characterization before enduring environmentaltests. Antireflective stacks made from a combination of those materials were also conceivedand tested. The environmental tests consisted of temperature variation up to the crackingpoint in dry and humid environments; prolonged exposure to UV radiation; and immersionin warm saline solution. During those tests, the hybrid materials exhibited superior durabilitywhen compared to their inorganic counterparts. Namely, their cracking temperaturewas increased to values greater than the glass transition temperature of the CR-39 substrate(of 120�C) and their damp heat cracking temperature was superior to 80�C, meanwhile theinorganic samples failed at lower temperatures. The hybrids have also shown no sign ofsignificant variations after 200 hours of UV irradiation, demonstrating the stability of theirorganic bonds.The weak point of the hybrid approach resides in the uniformity of the deposition process,which will require better control on the precursor and the ion current density distribution inthe chamber.

Résumé

Ce mémoire porte sur l'étude de la stabilité environnementale des revêtements optiques surdes substrats de plastiques, plus particulièrement pour des filtres antireflets dans le contexted'application ophtalmiques. Ces résultats pourraient également servir pour toute autre applicationsur plastiques demandant des diélectriques à bas (n � 1.5) et à hauts indices (n � 2).Puisque les matériaux diélectriques classiques, tels que le SiO2 ou le ZrO2 sont fragiles, lebut ici est de les rendre plus élastiques et résilients aux déformations mécaniques en insérantdes liaisons organiques.Les matériaux hybrides organiques/inorganiques à base de silice et de zircone ont été synthétiséspar la méthode du dépôt chimique en phase vapeur assisté par faisceau d'ions d'oxygèneet d'un précurseur organosilicié. Ces matériaux ont été déposés sous forme de couche simpleafin de bien caractériser leurs propriétés individuellement. Dans un second temps, des empilementsantireflets ont été conçus à partir de diverses combinaisons de ces matériaux. Lescouches simples ainsi que les empilements ont tous été sujets à des tests de stabilité environnementale,soient à une échelle de température afin de déterminer le seuil de fissuration ; àun environnement chaud et saturé en humidité ; à une exposition prolongée à des radiationsultraviolettes représentatives de celles reçues du soleil ; et finalement à l'immersion dans unesolution chaude et saline. Lors de ces tests, les couches hybrides ont démontré une durabilitésupérieure lorsque comparées aux couches inorganiques, ayant des températures de fissurationen milieux sec supérieures à la température de transition vitreuse du substrat de CR-39(120 �C), et supérieures à 80�C en milieux humide. De plus, leur propriété optiques sontdemeurées stables suite à 200 heures d'irradiations ultraviolettes montrant que la stabilitédes liaisons organiques.Les désavantages de la méthode hybride résident dans l'uniformité du procédé, laquelle demanderaitun meilleur contrôle de la distribution du précurseur dans l'enceinte ainsi que dubombardement ionique.
Department: Department of Engineering Physics
Program: Génie physique
Academic/Research Directors: Ludvik Martinu, Jolanta-Ewa Sapieha
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/2252/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 23 Oct 2017 13:38
Last Modified: 11 Nov 2022 13:56
Cite in APA 7: Caron, M. (2016). Stabilité environnementale des couches minces hybrides organiques/inorganiques sur substrats de plastique [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/2252/

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