Procédés atmosphériques de polymérisation-plasma : à l’interface de nombreuses disciplines - Bernard Nisol (Polytechnique)

Procédés atmosphériques de polymérisation-plasma : à l’interface de nombreuses disciplines

Bernard Nisol, Génie physique, Polytechnique Montréal

résumé:

Les procédés de polymérisation-plasma (PP) permettent de générer des couches minces solides, à la surface d’un matériau donné, dans des conditions relativement « douces ». Récemment, l’intérêt pour les décharges plasma à pression atmosphérique (PA) n’a cessé de croître, ces dernières permettant notamment de s’affranchir des contraintes économiques et pratiques liées aux systèmes à vide. Un des modes de décharge les plus populaires pour l’étude de la PP à PA est la décharge à barrière diélectrique (DBD) : une décharge dite « froide », hors-équilibre, est alors générée entre deux électrodes, dont au moins une est recouverte d’un matériau diélectrique, évitant ainsi la formation d’un arc électrique. Autre type de décharge étudié dans ce contexte, les torches (jets) à plasma offrent également des solutions élégantes pour la PP.

Via un bref parcours des travaux effectués dans le groupe du Prof. François Reniers (CHANI, Université libre de Bruxelles, Belgique), le candidat mettra en avant les avantages pour la PP de ces différents types de décharges, à basse pression et à PA. L’importance d’une caractérisation rigoureuse de la surface des couches déposées en PP sera également soulignée : d’un contrôle parfait de la physico-chimie du dépôt final dépendent les propriétés pour lesquelles le matériau a été sélectionné. Par exemple, le dépôt de couches de poly(éthylène glycol)-like, inhibant toute bio-activité (anti-bioadsorption), au moyen d’un précurseur organique très sensible, a requis des adaptations au niveau du mode de décharge plasma, afin de préserver au mieux la nature chimique du précurseur.[1-3] Des solutions au niveau du choix du précurseur (monomère) organique seront également illustrées, au travers d’autres projets appliqués, notamment lors de la synthèse de couches organiques d’apprêt (anticorrosion) pour application ultérieure de peinture sur métaux (Al).[4, 5]

La deuxième partie de la présentation sera focalisée sur une approche novatrice de mesures électriques de DBD atmosphériques. Très récemment mise au point dans l’équipe du Prof. Michel R. Wertheimer (Département de Génie Physique, Polytechnique Montréal), cette dernière permet la détermination précise de l’énergie dissipée par cycle de décharge.[6] Cette recherche sera décrite en détail, depuis les mesures les plus « simples » dans les gaz nobles purs, ayant permis de valider la méthode, jusqu’à leur utilisation dans les procédés PP dans l’argon, impliquant l’ajout d’un précurseur chimique.[7] Pour ce dernier cas, nous sommes à présent capables de déterminer l’énergie absorbée par molécule de précurseur injectée dans la décharge, Em.[8-10] Clairement, les mesures énergétiques présentées ici pourraient constituer un excellent outil routinier, servant de point de départ à une caractérisation minutieuse d’un procédé de PP : une combinaison avec l’exploration in situ de la phase plasma permet des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes régissant la PP, comme le démontrent les récents travaux de comparaison avec la PP à basse pression.[11, 12]

[1] B. Nisol, C. Poleunis, P. Bertrand, F. Reniers, Plasma Process. Polym. 2010, 7, 715.

[2] B. Nisol, G. Oldenhove, N. Preyat, D. Monteyne, M. Moser, D. Perez-Morga, F. Reniers, Surf. Coat. Technol. 2014, 252, 126.

[3] B. Nisol, A. Meunier, C. Buess-Herman, F. Reniers, Plasma Process. Polym. 2015, 12, 991.

[4] B. Nisol, G. Arnoult, T. Bieber, A. Kakaroglou, I. De Graeve, G. Van Assche, H. Terryn, F. Reniers, Plasma Process. Polym. 2014, 11, 335.

[5] A. Kakaroglou, B. Nisol, T. Hauffman, I. De Graeve, F. Reniers, G. Van Assche, H. Terryn, Surf. Coat. Technol. 2014, 259, Part C, 714.

[6] M. Archambault-Caron, H. Gagnon, B. Nisol, K. Piyakis, M. R. Wertheimer, Plasma Sources Sci. Technol. 2015, 24, 045004 (16 pp).

[7] B. Nisol, S. Watson, S. Lerouge, M. R. Wertheimer, Plasma Process. Polym. 2016, 13, 557.

[8] B. Nisol, S. Watson, S. Lerouge, M. R. Wertheimer, Plasma Process. Polym. 2016, In Press (DOI: 10.1002/ppap.201600191).

[9] B. Nisol, S. Watson, S. Lerouge, M. R. Wertheimer, Plasma Process. Polym. 2016, 13, 900.

[10] S. Watson, B. Nisol, S. Lerouge, M. R. Wertheimer, Langmuir 2015, 31, 10125.

[11] D. Hegemann, B. Nisol, S. Watson, M. R. Wertheimer, Plasma Process. Polym. 2016, 13, 834.

[12] D. Hegemann, B. Nisol, S. Watson, M. R. Wertheimer, Plasma Chem. Plasma Process. 2016, In Press (DOI:10.1007/s11090_016_9754_x).