Les matériaux nanocomposites étudiés jusqu’à présent mettent en jeu des particules inorganiques, semi-conductrices ou métalliques. Par contre, aucun travail n’a été réalisé sur des nanocristaux organiques inclus dans des matrices. Cette situation contraste avec les possibilités quasi illimitées d’optimisation, par ingénierie moléculaire, des propriétés optiques des molécules organiques. Malheureusement, l’utilisation de ces molécules sous forme de cristaux massifs s’est avérée délicate à cause de la stabilité insuffisante des monocristaux organiques. Notre objectif, en incluant des nanocristaux organiques dans des matrices de type sol-gel, est de réaliser des matériaux qui allient à la fois les avantages des composés inorganiques (stabilité, transparence) et des organiques (optique non linéaire, luminescence …) mais aussi les propriétés des phases amorphes (facilité de mise en forme) et des cristaux (photostabilité, effet de taille). En partant d’un solvant organique adapté contenant des alcoxydes de silicium dans lequel on peut dissoudre différentes molécules organiques, on obtient par des réactions d’hydrolyse et de condensation des gels polymériques. Un séchage contrôlé de ces gels permet d’obtenir des monolithes transparents ou des couches minces (spin coating) qui constituent de très bonnes matrices hôtes pour des molécules organiques à propriétés optiques. En effet, ces matrices, essentiellement inorganiques, renforcent la stabilité thermique et mécanique des chromophores organiques inclus. L’obtention de nanocristallites organiques dispersées dans un xérogel est tout d’abord un problème de cristallogénèse original en milieu confiné. De plus, la cristallogénèse en milieu gélifié permet de travailler en régime diffusif, de contrôler la croissance des cristallites et d’éviter les problèmes de coalescence. Nos premiers travaux nous ont permis d’obtenir des cristallites organiques (10-500 nm de diamètre) incluses dans des xérogels massifs ou des couches minces. Ces matériaux nanocomposites ont été caractérisés par microscopie électronique en transmission, en spectroscopie de luminescence et microscopie confocale. Cette élaboration conduit à des matériaux hybrides organo-minéraux qui présentent des propriétés intéressantes selon le type de colorant organique utilisé: dispositifs pour la protection laser (absorption non linéaire) ou réalisation de capteurs chimiques ou biologiques (luminescence, collaboration avec R. Pansu, ENS-Cachan). De plus, des études récentes montrent que l’on peut contrôler la distribution spatiale et l’orientation des nanocristaux organiques. Ceci permet de viser de nouvelles propriétés comme la réalisation de mémoires optiques réinscriptible en utilisant des nanocristaux photochromes (collaboration avec P. Baldeck,A. Corval et R. Casalegno, LSP/UJF-Grenoble).
Laboratoire de Cristallographie, CNRS, Grenoble.