Structuration du potentiel electrique et de la reactivité chimique de surface sur des verres chalcogénures pour des applications en infrarouge – SURF-GLASS-IR

Le développement de capteurs optiques sélectifs représente un besoin sociétal dans les domaines de la santé, de l’environnement et de la défense, parmi d’autres. Dans ce contexte, Surf-GLASS-IR propose d’explorer l'électro-activation pour le control de la chimie de surface sur des matériaux optiques pour le domaine infrarouge (IR) : les verres de chalcogénures (ChG). L’objectif est de caractériser et comprendre précisément les propriétés physico-chimiques de verres polarisés électriquement, et leur influence sur la réactivité de surface ainsi que sur l’orientation et la conformation d’une monocouche moléculaire. Ce projet collaboratif est basé sur des expertises (i) en chimie du verre, (ii) en polarisation électrique, (iii) chimie de surface et (iv) en caractérisations structurale et électrique de surface. Surf-GLASS-IR ouvrira de nouvelles voies pour le design de matériaux multifonctionnels avec un contrôle spatial des propriétés de surface électrique et chimique sur des verres optiques pour le domaine IR. Le projet SURF-GLASS-IR concentrera les efforts de recherche interdisciplinaire sur les principes fondamentaux liés à la fonctionnalisation électrique et chimique de la surface de ChG en fonction de leur composition. Pour traiter efficacement ce projet collaboratif, un consortium interdisciplinaire sera formé : l'ICGM possède une longue expérience dans la synthèse et l'étude des ChG conducteurs d'ions, la famille de matériaux clé du projet ; deux groupes indépendants de l'ISM apporteront leurs expertises sur la chimie de surface (ISM-C2M) ainsi que sur la fonctionnalisation électrique de surface, la caractérisation par spectroscopie et l'optique non linéaire (ISM-GSM).
L'objectif principal est d'obtenir un matériau multifonctionnel doté de propriétés optiques (transparent dans moyen IR), électriques (structuration du potentiel de surface) et chimio-sélectives (SAMs spécifiques). Ce projet traite de nouvelles problématiques dans le domaine des matériaux multifonctionnels et pourra ouvrir de nouvelles perspectives technologiques en particulier pour le développement futur de capteurs optiques capables de sélectivité chimique ou biologique. Les principaux défis scientifiques visés par le projet sont les suivants :
(i) Contrôle à l'échelle du micromètre du potentiel électrique sur les surfaces de ChG.
(ii) Gestion de la réactivité de surface et de la fonctionnalisation chimique de surface sur les verres ChG à motifs électro-actifs.
(iii) Gestion de la réponse spatiale d'un assemblage moléculaire électro-sensible par greffage sur une surface vitreuse de ChG à motifs électro-actifs.
(iv) Etude de l'influence du champ électrique sur l'orientation moléculaire.
(v) Application à la fonctionnalisation d'une puce sans l'utilisation d'un masque.
Le programme scientifique est divisé en trois parties visant à progresser vers deux objectifs interconnectés : (i) gérer un potentiel de surface accordable sur les ChGs, (ii) étudier les interactions entre les surfaces chargées et un assemblage moléculaire électro-sensible pour un contrôle de la réactivité de la surface.
Le WP1 est consacré à la fabrication de ChGs avec différentes conductivités électroniques/ioniques adaptées aux processus de polissage. Le WP2 concerne la fonctionnalisation électrique des surfaces vitreuses visant un contrôle spatial du potentiel de surface ainsi qu'une étude de sa stabilité. Le WP3 se concentrera sur la synthèse des molécules électro-sensibles, ainsi que sur les interactions entre les surfaces chargées et un assemblage moléculaire pour un contrôle plus poussé de la réactivité de la surface. Pour tous les WPs, des techniques de caractérisation de surface seront utilisées pour étudier la composition des verres et les réarrangements structurels, la réactivité du greffage moléculaire, l'orientation et la conformation des molécules.