Les réseaux de polymères interpénétrés (IPNs) combinent les propriétés de leurs différents composants. Ils possèdent une bonne résistance thermique, mécanique et chimique, et s’avèrent très intéressants pour pallier les inconvénients des réseaux homopolymères. Une méthode de synthèse rapide et efficace fait appel à la photopolymérisation. Les IPNs photopolymérisés sont donc très attractifs pour l’obtention de revêtements industriels présentant des propriétés de surface avancées. Cette thèse porte sur la réalisation de revêtements hydrophobes présentant des propriétés d’auto-régénération suite à un endommagement. Le concept mis en œuvre repose sur la ségrégation vers la surface de groupements fonctionnels liés chimiquement à un réseau IPN photopolymère, par différence de tension superficielle entre la surface et l’intérieur du matériau. L’auto-régénération de la fonctionnalité de surface nécessite une distribution homogène et une mobilité suffisante des groupements fonctionnels dans la matrice polymère. Des surfaces auto-régénérantes basées sur un réseau acrylate photopolymérisé ont d’abord été développées afin de démontrer la faisabilité du concept. Des IPNs photopolymérisés sous lumière UV et naturelle, combinant deux polymères (acrylates et époxydes) possédant des Tgs faibles et élevées (auto-régénération combinée avec résistance mécanique), et présentant des morphologies différentes ont ensuite été étudiés. Des surfaces auto-régénérantes possédant une Tg plus élevée compatible avec des applications industrielles ont été obtenues. / Interpenetrating polymer networks (IPNs) combine properties of their different components. They exhibit high mechanical strength, good thermal stability and chemical resistance. They are thus interesting to overcome the limitations of stand-alone networks. One of the easy and efficient ways to produce IPNs involves light curing. Considering these features, photocured IPNs are very attractive materials for functional polymeric surfaces in the coating industry. This thesis reports the development of hydrophobic coatings showing self-replenishing properties upon surface damage. This concept relies on the segregation of functional groups chemically bound to a light-cured IPN network towards the surface, thanks to the energy difference between surface and bulk. Surface functionality self-repairing mechanism requires a homogeneous distribution and a sufficient mobility of functional groups in the polymeric network. Self-replenishing hydrophobic surfaces based on a UV-cured acrylate network have been firstly developed in order to demonstrate the proof of concept. In a second part, UV and visible-light cured IPNs combining two polymers (acrylates and epoxides) with low and high Tgs (self-replenishing together with mechanical resistance), showing different morphologies have been investigated. Finally, self-replenishing hydrophobic surfaces with enhanced Tg more suitable for industrial applications have been obtained.

Dans le but d'améliorer la fiabilité des technologies utilisant l'électromouillage, l'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes de vieillissement de matériaux diélectriques et hydrophobes utilisés en électromouillage et d'appliquer ensuite le protocole de caractérisation établi, à de nouveaux matériaux. Cette thèse s'articule en trois parties. Dans une première partie, afin de caractériser finement les propriétés d'hydrophobie de surfaces et de déterminer plus particulièrement leur polarité, nous avons mis au point une méthode de mesure de la polarité de surface basée sur le mouillage de deux liquides sur une surface, ce qui apporte une précision accrue avec un minimum de mesures. Dans une deuxième partie, nous avons étudié différents revêtements utilisés en électromouillage avant et après vieillissement. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux films hydrophobes largement utilisés dans les systèmes optiques et de micro-laboratoires comme le Fluoropel©, le Cytop© et le parylène C. Cette étude montre une altération non négligeable des performances des matériaux de manière reproductible. L'hystérésis de mouillage, l'angle de contact au repos ainsi que les propriétés de cohésion des couches ont été étudiés afin de mettre en évidence les paramètres critiques à la durée de vie.Dans la dernière partie, nous avons cherché à mettre au point une méthode de dépôt d'un nouveau matériau hydrophobe par deux techniques de synthèse ; la voie sol-gel et la pulvérisation cathodique (PVD). Ainsi, un sol de précurseur à base du métal applicable pour la préparation de couches minces de son oxyde a été élaboré. La solution est obtenue à partir d'un précurseur synthétisé au laboratoire et stabilisée par des chélatants (acétylacétone). La stabilité de la solution ainsi que la procédure de dépôt sont présentées et les revêtements recuits déposés par sol-gel et PVD sont caractérisés par DRX et d'un point de vue morphologique (MEB, microscope optique…). Si, il fut possible de préparer par la méthode sol-gel des films de 300nm couvrants, leur forte rugosité n'a pas permis de les tester en électromouillage. Par la méthode PVD, nous avons pu réaliser des couches de 400 nm d'épaisseur, très lisses et utilisables en électromouillage. Ces films donnent de très bons résultats en électromouillage sur substrats plans et en lentilles liquides / In order to increase the technologies reliability using electrowetting, this work aims to study the mechanisms of ageing on dielectric and hydrophobic materials used in electrowetting as well and to apply this study to new materials. This thesis is composed of three parts.First, to be able to characterize precisely the hydrophobic properties of these surfaces and especially their surface polarity, we established a method to measure the surface polarity based on wettability of two liquids on a surface permitting a better precision with less measurements. In a second part, we studied different films used in electrowetting before and after ageing around 90°C for one week in order to simulate a long term ageing at an ambient temperature. Widely used hydrophobic coating used in optical systems and lab-on-chip will be mainly characterized such as Fluoropel©, Cytop© and parylène C. This work shows the visible alteration of material performances in a reproducible way. Wetting hysteresis and natural contact angle with the cohesive properties of the coatings are studied in order to establish critical parameters for the life time.Finally, we tried to establish a method to deposit a hydrophobic metal oxide coating by two ways, sol-gel technic with dip-coating deposition and by PVD. A precursor sol made of the metal usable to deposit its oxide thin films has been elaborated. The solution is prepared from the synthesized precursor and stabilized by chelatant (acetylacetone). The solution stability as well as the deposition method used are presented and the annealed coatings deposited by sol-gel and PVD are characterized by XRD and morphologically (SEM, optic microscope …). By the sol-gel method, covering coatings of about 300nm have been made. However, because of the roughness, no electrowetting experiments could have been achieved. By PVD, we have deposited coatings of 400nm thickness, very smooth and usable in electrowetting. These coatings give very good results in electrowetting on plane substrates and liquid lenses

Hydrophobic coatings find application in various sectors of the economy including to electronics, textiles, optical devices, and in scientific and commercial equipment. These different applications demand that different hydrophobic coatings posses a range of properties that may include smoothness or roughness, thicknesses on the order of a monolayer or a micron, robustness or the ability to dissolve quickly, transparency or opacity, water resistance or water permeability, electrical conductivity, oleophobicity, etc. However, whatever the final/desired properties, deposition via dry-deposition processes offers significant advantages, including greater reproducibility, increased environmental friendliness, and cost effectiveness on an industrial scale. Herein I explore the chemical vapor deposition of silanes and the characterization of a commercial, hydrophobic coating to better prepare and understand hydrophobic coatings on different materials. One of the characterization techniques I used frequently in these studies is X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Accordingly, in Chapter 2 of this thesis I discuss this technique vis-à-vis the chemical shifts it detects, which reflect the oxidation states of materials being probed. In particular, I discuss a recommendation made over a decade ago by Gion Calzaferri for 'fixing' the problem of oxidation numbers as applied to organic materials and show how XPS confirms his suggestion. In Chapter 3 I introduce hydrogen as an etch/cleaning gas for silicon wafers. I first show that, like argon and oxygen plasmas, hydrogen plasmas will effectively clean silicon wafers. However, I then show that hydrogen plasma treatment leads to a silicon surface that is chemically different than those prepared with the other plasmas and that undergoes silanization to a greater extent -- the resulting surfaces have higher water contact angles and thicknesses. In Chapter 4 I study the deposition of a potential barrier layer for water, which was prepared from an aza silane: N-n-butyl-aza-2,2-dimethoxysilacyclopentane (1) in a molecular layer deposition (MLD)-like process using either water or ammonium hydroxide as the second half reactant. This molecule has the interesting property of undergoing self-limiting growth, where the termination of this growth is accelerated by use of an ammonium hydroxide catalyst. Interestingly, films of 1 are considerably thicker on nylon than on silicon, which is explained by nylon acting as a water reservoir in the reaction. In Chapter 5 I show the careful characterization of the hydrophobic coating on an Apple iPod nano, which was probed by ToF-SIMS, wetting, and XPS. I could identify that the coating is only applied to the touchscreen of the device. SIMS suggested that the fluorinated coating contains oxygen, which should add to its biodegradability. Finally, in Chapter 6 I make recommendation for future work in these areas.