Description du sujet de thèse

Outre leur fort potentiel d'applications dans le domaine biomédical, les alcanes semi-fluorés CnF2n+1CmH2m+1 (notés FnHm) présentent des propriétés d'auto-assemblage bidimensionnel spécifiques et surprenantes, tant à la surface de l'eau que sur substrat solide. L'association de deux chaînes, hydrocarbonée et fluorocarbonée, de nature très différente, confère à ces molécules un caractère amphiphile prononcé : l'une des chaînes est lipophile, l'autre lipophobe. Bien que strictement hydrophobes (absence de groupement hydrophile), ces molécules forment des monocouches bidimensionnelles stables à l'interface eau-air (films de Langmuir). Nous avons montré, par des mesures de diffraction des rayons X de surface aux petits angles (GISAXS), que toutes les molécules étudiées (différentes longueurs de chaîne alkyle) s'auto-assemblent en nanodomaines (ND) parfaitement monodisperses formant, sous l'effet de la pression de surface, des structures cristallines hexagonales. Nous avons également déposé les monocouches de FnHm sur un substrat solide et retrouvons ces résultats (réseau cristallin de nanodomaines et absence de coalescence) par microscopie à force atomique (AFM) .
Afin de progresser dans la compréhension des interactions à l'origine de ces auto-assemblages bidimensionnels, nous proposons une étude des monocouches de mélanges FnHm par GISAXS (sur sources synchrotron) et AFM. En collaboration avec le Centre de Biologie Structurale (Montpellier), nous développons une cuve de Langmuir équipée d'un AFM inversé pour sonder la monocouche à l'interface air/eau. Une analyse précise de la taille des domaines observés permettra de mettre en évidence d'éventuels processus de ségrégation ou de mélange dans la monocouche. Une deuxième étude tentera d'utiliser ce réseau hexagonal pour former un grand réseau de graphène métallique (en déposant du métal dans l'espace entre les domaines) ou des réseaux de plots métalliques 2D formés sur les domaines. Notre équipe possède une solide expérience dans la formation de nano-objets hybrides (organométalliques) à la surface de l'eau par photoréduction. Le transfert des films sur un substrat solide permettra leur caractérisation par AFM.

L. Bardin, M.-C. Fauré, D. Limagne, C. Chevallard, O. Konovalov, E. J. M. Filipe, G. Waton, M.-P. Krafft, M. Goldmann, P. Fontaine, Long-range organization at the nanoscale of semi-fluorinated alkane monolayers at the air/water interface, Langmuir 27 (22), 13497-13505 (2011)
P. Fontaine, M.-C. Fauré, L. Bardin, E. J. M. Filipe, M. Goldmann, Evidence of interaction with the subphase of water as origin and stabilization of the nanodomain in the semi-fluorinated alkane monolayer at the air/water interface Langmuir 30, 15193-15199 (2014)
L. Bardin, M. C. Fauré, P. Fontaine, E. Filipe, M. Goldmann, "Highly organized crystalline monolayer of a semi-fluorinated alkane on a solid substrate obtained by spin-coating", Thin Solid Films 519, 414-416 (2010)

Contexte de travail

La thèse sera développée au sein de l'Institut des NanoSciences de Paris, une unité mixte de recherche (MUR 7588) dans le cadre de l'ANR SLAM-AFM. Des séjours à Montpellier sont à prévoir.

Contraintes et risques

expériences sur les sources synchrotrons