Service de Physique de l'Etat Condensé

2.1 Auto-assemblages supramoléculaires sur des surfaces
2.1.1 Nano-Colonnes « Edge-On » d’Hexa-peri-Hexabenzocoronènes logo_tutelle logo_tutelle 

Les cristaux liquides discotiques forment naturellement des auto-assemblages sur des surfaces en colonnes avec la disposition à plat. Ces auto-assemblages trouvent leurs applications lorsqu'ils sont disposés en « sandwich » pour des applications comme les écrans. Les hexa-peri-hexabenzocoronènes (HBCs) sont de grandes molécules conjuguées qui se comportent comme des cristaux liquides lorsqu'elles possèdent des chaines alkyles longues. Les composés HBCs que nous utilisons dans nos travaux sont synthétisés par le groupe de Klaus Müllen (Institut Max Planck, Mayence, Allemagne) dans le cadre d'une collaboration informelle.

 

Dans le cadre de la thèse de Luc Piot (2003-2006) nous avions étudiés par STM l'auto-assemblage d'hexakis(n-dodecyl)-peri-hexabenzocoronène (HBC-C12) sur du graphite HOPG (J. Am. Chem. Soc. 2005). Nous avions également observé la formation d'architectures plus complexes avec en particulier la croissance d'une ou plusieurs étages de nano-colonnes edge-on superposées sur une première monocouche « face-on ». Dans le cadre de la thèse de Mlle Camille Marie (2006-2009) nous avons poursuivi ces études afin de mieux comprendre et rationaliser le processus de formation de ces systèmes colonnaires « edge-on » par physisorption (Adv. Mater. 2008).

 
2.1  Auto-assemblages supramoléculaires sur des surfaces

a/ Structure chimique de HBC-C12. b/ Image STM (36×36 nm2) de nano-colonnes edge-on physisorbées sur HOPG. c/ Structure de l’empilement multicouche de nano-colonnes edge-on

Par ailleurs nous avons mis au point une technique qui permet de produire des nano-colonnes edge-on plus stables par greffage sur des surfaces d'or (Figure 2). La morphologie (longueur, forme, etc) de ces nano-colonnes peut être modulée en faisant varier la nature chimique du bras espaceur porteur de la fonction greffante (J. Am. Chem. Soc. 2009). Un bras court et rigide terminé par une fonction greffante thioacétate (molécule HBC-Sac de la Figure 2) conduit à la formation de nano-colonnes courtes, de longueur comprise entre 3 et 30 nm (Figure 2, image STM de droite). A contrario, un bras espaceur long et flexible terminé par une fonction disulfure (molécule HBC-SS de la Figure 2) permet la formation de nano-colonnes edge-on beaucoup plus longues (longueur moyenne de 130 nm) comme le montre l'image STM de droite dans la Figure 2. Un bras greffant long et flexible permet aux interactions p-p entre les cœurs HBC des molécules de se développer plus aisément et de « gommer » les défauts de surface du substrat d'or (marches monoatomiques, etc).

 
2.1  Auto-assemblages supramoléculaires sur des surfaces

Gauche : Structures chimiques de deux composés HBC porteurs d’un bras espaceur soit court et rigide (gauche) soit long et flexible (droite). b/ Droite : Images STM et schéma structural de nano-colonnes edge-on chimisorbées sur Au(111).

Nous étendons actuellement ces approches « edge-on » à d'autres familles de composés discotiques. Enfin, nous cherchons à introduire ces nouvelles architectures supramoléculaires dans des structures de type transistors de façon à accéder à leur propriétés de transport. Pour cela il nous faudra contrôler la croissance de ces nano-colonnes moléculaires sur des substrats isolants de type oxides (SiO2 sur Si par exemple) ou les découpler d'un substrat conducteur au moyen d'un espaceur (chaine alkyle-thiol sur or par exemple).

Références

•1.      Hierarchical self-assembly of edge-on nanocolumnar superstructures of large disc-like molecules. L. Piot, C. Marie, X. Feng, K. Müllen, and D. Fichou, Adv. Mater. 2008, 20, 3854.

•2.      Growth of long, highly stable and densely packed worm-like nanocolumns of hexa-peri-hexabenzocoronenes via chemisorption on Au(111). L. Piot, C. Marie, X. Dou, X. Feng, K. Müllen, and D. Fichou, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1378.

 

Maj : 22/06/2010 (1580)

 

Retour en haut