A custom-built surface sol-gel pumping system was built for applying conformal sol-gel based coatings with controlled thicknesses on three-dimensional (3-D) nanostructured templates. The 3-D templates utilized in this work were derived from biological species, such as diatoms and butterfly wings, as well as a synthetic photoresist polymer (SU-8). Tin oxide coatings were applied on silica-based diatom frustules using the automated surface sol-gel pumping system. An organic dendrimer method was developed for amplifying hydroxyl groups on the silica-based frustule surfaces to enhance the surface sol-gel deposition process. Conformal tin oxide coatings with controlled thicknesses were obtained on the hydroxyl amplified frustule surfaces; however, little if any deposition was observed on the frustules that were not subjected to the hydroxyl amplification process. The automated surface sol-gel system was also utilized to apply multicomponent tin oxide-doped titania alkoxide chemistries on the wing scales of a blue Morpho butterfly. The alkoxide solutions reacted directly with the OH functionalities provided by the native chitin chemistry of the scales. The tin oxide served as a rutile nucleating agent which allowed the titania to completely crystallize in the high refractive index rutile titania phase with doping concentrations of tin oxide as low as 7 mol % after annealing at 450oC. The tin oxide-doped titania coatings were both nanocrystalline and nanothick and replicated the nanostructured scales with a high degree of precision. Undoped titania coatings applied on the scales required a heat treatment of 900oC to crystallize the coating in the rutile titania phase which led to adverse coarsening effects which destroyed the nanostructed features of the scales. Tin oxide-doped titania coatings were also deposited on 3-D SU-8 photonic crystal structures. The coating was crystallized in an acidic solution at 80oC which led to the formation of rutile titania inverse opal photonic crystal structures which maintained the overall structure and ordering of the template. Barium titanate and europium-doped barium titanate coatings were applied on diatom frustules using a conventional reflux/evaporation deposition process. The silica-based diatom frustules had to first be converted into magnesia/silicon composite replicas using a gas/solid displacement reaction to render the template chemically compatible with the barium titanate-based coating. Conformal titanate-based coatings were obtained on the magnesia frustule replicas possessing uncontrolled thicknesses and excess inorganic particles using the reflux/evaporation deposition process. The europium-doped barium titanate coated frustules exhibited bright red photoluminescent properties upon stimulation with an ultraviolet light source.

Les molécules colloïdales peuvent être décrites comme des agrégats robustes de particules sphériques prenant la forme de certaines molécules simples. La préparation de suspensions de molécules colloïdales est étudiée afin d’obtenir de hauts rendements en morphologie et des distributions étroites en taille des objets, conditions indispensables pour envisager de futures applications comme leur assemblage et l’élaboration de matériaux. La stratégie repose sur l’introduction de germes de silice fonctionnalisés dans une polymérisation en émulsion du styrène, menant à la nucléation-croissance d’un nombre restreint de nodules sphériques de latex ancrés à la surface de la silice.Les travaux proposent une optimisation des voies de préparation (i) des germes de silice par voie sol-gel et (ii) des particules de latex de PS par polymérisation en émulsion. Les structures des clusters silice/PS sont caractérisées par cryo-tomographie électronique et leur formation fait l’objet de discussions notamment en s’appuyant sur des modèles géométriques connus et en proposant un nouveau modèle de croissance des nodules. Enfin, une étude préliminaire est menée afin de recouvrir ces clusters d’une couche d’oxyde (SiO2 et TiO2). / The colloidal molecules are described as robust aggregates of spherical particles mimicking the space-filling models of simple conventional molecules. Their preparation is studied in order to obtain high morphology yields and narrow size distributions, as required to expect future applications like supracolloidal assembly and materials fabrication. The strategy is based on introduction of functionalized silica seeds in a styrene emulsion polymerization batch, leading to nucleation/growth of a discrete number of spherical PS nodules anchored to the silica surface.The study proposes an optimization of the synthesis of (i) the silica seeds by a sol-gel process and (ii) the PS latex particles by an emulsion polymerization. Silica/PS clusters structures are characterized by cryo-electron tomography and their arrangement is discussed using well-known geometrical models and suggesting a new model of nodules growth. At last, a preliminary study is carried out to cover these clusters with an oxide shell (SiO2 and TiO2).

L’éclairage par « LEDs blanches » est devenu un enjeu majeur afin d’élaborer des dispositifs à bas coût, produisant une lumière confortable pour l’œil en évitant de forte composante bleue nocive pour la vue et la santé. A l’Institut Néel, nous développons un nouveau type de luminophores à base de poudres d’aluminoborate d’yttrium. Le caractère innovant de ces poudres est de produire une large bande d’émission dans l’ensemble du spectre visible, à partir de défauts structuraux présents dans la matrice amorphe. Ainsi ces luminophores permettraient de générer un éclairage blanc sous l'excitation de LED émettant dans le proche UV (370-390 nm). De plus, ces matériaux n’ont pas de lanthanides, ce qui réduit leur coût.Les luminophores d’aluminoborate d’yttrium ont dans un premier temps été préparés par la méthode des précurseurs polymériques, impliquant plusieurs étapes de recuits sous atmosphères contrôlées à des températures relativement élevées (700-740°C). Le travail de thèse a porté dans un premier temps sur la mise au point de la synthèse par voie sol-gel. Ces travaux ont permis de réduire simultanément les durées du procédé et les températures des traitements thermiques (450-650°C), ainsi que la perte de masse globale par décomposition des fonctions organiques des précurseurs.Par analyses thermiques (ATD, ATG) couplée à la spectrométrie de masse et RMN 13C, nous avons caractérisé la présence de résidus carbonés dans les poudres lorsqu’elles présentent de la luminescence. Néanmoins, une partie de ces résidus carbonés se trouvent sous forme de carbone pyrolytique (carbones aromatiques) qui entrainent une réabsorption partielle de la luminescence émise dans le visible, entrainant ainsi une diminution de l’intensité d’émission. Les caractérisations structurales (DRX, FTIR, RMN) menées sur les poudres ont montré que la première phase cristalline apparaissant pour les deux méthodes de synthèse est une phase d’aluminoborate Al4B2O9. L’étude par Fonction de Distribution de Paires (PDF) montre que la matrice aluminoborate amorphe présente un ordre local proche de la phase Al4B2O9, à savoir une organisation tridimensionnelle cyclique de métaux pontés par des ligands oxo ou hydroxo de 6 à 10 chaînons. D’autre part, sur la base des résultats RMN 13C, l’yttrium semble garder dans sa sphère de coordination des ligands propionates jusqu’à hautes températures. Par ailleurs, la présence d’espèces radicalaires dans les poudres luminescentes a été mise en évidence par résonnance paramagnétique électronique. Un ensemble de mesures à différentes fréquences, en mode continu et pulsé, ont permis d’attribuer ces espèces à des radicaux carbonés. Les études de photoluminescence non-résolues et résolues en temps, couplées à des analyses de thermoluminescence ont mis en évidence la présence de plusieurs espèces luminescentes présentant essentiellement des propriétés de fluorescence (durée de vie de quelques ns) mais aussi une très faible part de phosphorescence (durée de vie de la ms à plusieurs s). Les poudres synthétisées par voie sol-gel présentent un rendement quantique interne d’environ 30 %.Aux vues des différentes analyses, les poudres luminescentes synthétisées par voie sol-gel semblent contenir deux types de résidus carbonés : l’un à l’origine des propriétés de photoluminescence et l’autre défavorable (carbone pyrolytique piégé) car absorbant partiellement l’émission de luminescence. En conclusion, nous proposons un mécanisme de photoluminescence extrinsèque, basé sur des centres carbonés dispersés au sein de la matrice minérale, favorisant majoritairement la fluorescence dans le bleu (bande centrée vers 430 nm) et dans le vert (bande centrée vers 500 nm) mais aussi une faible proportion de phosphorescence émettant dans la même gamme de longueurs d’onde. / White solid state lighting is recognized as a major disruptive technology with an urgent need of low coast prices, associated to good color quality, confortable for eyes, by reducing the bluish harmful contribution of “cold” lighting. At Néel Institute, we develop a new type of phosphors based on yttrium aluminoborate powders. These innovating powders exhibit a large emission band on the whole visible range, arising from structural defects in the amorphous matrix. Thus, with a single phosphor, one can generate warm white lighting through the excitation of LEDs emitting in the near UV (370-390 nm). Moreover, these phosphors don’t possess lanthanides, making them less expensive.The powders synthesized by chimie douce routes, are annealed under controlled atmosphere. The yttrium alominoborate phosphors were first prepared by the polymercic precursor method. This synthesis road involved several steps and relatively high annealing temperatures (700-740°C). This thesis was focused on the sol-gel synthesis method. By this work, the duration process, the annealing temperature (450°C-650°C), and the global mass loss incoming from the organic precursors decomposition were significantly reduced.Thermal analysis (TDA-TG) coupled with mass spectrometry and 13C RNM show residual carbon groups in luminescent powders. Nevertheless, one part of the residual carbons is pyrolytic carbon (aromatic carbon), which leads to partial re-absorption of the visible emitted luminescence, and thus induces a decrease of the emission intensity.The structural characterizations of yttrium aluminoborate powders (XRD, FTIR, NMR) show that Al4B2O9 aluminoborate phase, is the first appearing crystalline phase during the increase of calcination temperature. The Pair Distribution Function (PDF) study demonstrates that amorphous aluminoborate matrix exhibit a short range ordering close to Al4B2O9 phase: a cyclic tridimensional organization of metal bridges by oxo or hydroxo ligands. On the other hand, based on 13C NMR results, yttrium seems to conserve propionate ligands in its coordination sphere until high temperature. Otherwise, the presence of radical species was evidenced in luminescent powders by electronic paramagnetic resonance. A set of measurements performed at different frequencies, in continuous and pulsed modes, allows attributing that species to carbon radicals. The presence of several luminescence species exhibiting essentially fluorescence properties (ns life time) and very weak phosphorescence emission (ms and s lifetime) was shown by the means of photoluminescence studies steady-state and time resolved coupled to thermoluminescence analysis. The powders synthesized by sol-method exhibit a 30 % internal quantum yield.Thanks to the different characterizations, luminescent powders synthesized by the sol-gel route seem to contain two types of residual carbons: one at the origin of the luminescence properties (carbon-related radicals) while the other, pyrolytic carbon, is damaging as it absorbs partially the luminescence emission. To conclude, we suggest an extrinsic mechanism for the photoluminescence, which is based on carbon centers dispersed inside the mineral matrix, favoring mainly fluorescence in blue (430 nm) and green emissions (500 nm) associated with a weak phosphorescence emission in the same emission range.

Utilisés dans de nombreux domaines d'applications, les ultrasons se révèlent être sensibles aux propriétés visco-élastiques des milieux traversés. L'investigation spatiale et temporelle des propriétés visco-élastiques des matériaux par méthodes ultrasonores permet notamment le contrôle de l'intégrité de structures ainsi que le suivi de processus. Un dispositif auto-calibrée en émission-réception, basé sur l'application du principe de réciprocité, a été développé pour la mesure du paramètre non linéaire B/A. Cette mesure repose sur une étude harmonique des signaux ultrasonores se propageant dans le milieu. L’instrumentation ultrasonore mise en œuvre a été choisie pour assurer une mesure rapide en émission-réception du paramètre B/A imposant un choix technologique spécifique. L'évolution au cours du temps des paramètres acoustiques dans les matériaux de type sol-gel fait apparaitre un temps caractéristique lié à la structuration du matériau (gélification). Les temps de gélification extraits des mesures permettant de retrouver la loi d'Arrhenius cohérente avec celle obtenue par des méthodes rhéologiques conventionnelles. Une image du paramètre non linéaire a été réalisée sur un fantôme contenant deux fluides non miscibles (eau et huile de silicone). A travers ces deux applications, nous montrons l'efficacité du système de mesure du paramètre non linéaire dans le cadre du suivi d'un matériau en évolution ainsi qu'en imagerie. / Used in many application areas, ultrasound proved to be sensitive to determine viscoelastic properties. The spatial and temporal investigation of viscoelastic properties of materials by ultrasonic methods can be used to monitor structure integrity and processes. A self-calibrated method, based on reciprocity principle has been developed for measuring the nonlinear parameter B/A. Instrumentation has been development to ensure the rapid determination of the parameter B/A imposing a specific technology. The time evolution of the acoustic parameters of sol-gel materials shows a characteristic time related to the structuration of the material (Arrhnius law). A picture of the nonlinear parameter was performed on a phantom containing two immiscible fluids (water and silicone oil). Through these two examples, the effectiveness of the nonlinear parameter measurements has shown in the follow-up of a material changes as well as imaging.

La problématique des condensateurs céramiques à très hautes performances est récurrente dansde nombreux secteurs de l’énergie électrique. Elle prend toute son acuité en microélectronique « nomade», où les circuits doivent être de plus en plus miniaturisés. Ces condensateurs, peuvent occuperjusqu’à 50 % de l’espace sur le circuit imprimé, réduire leurs dimensions devient donc un impératif.Dans ce contexte de nouveaux matériaux à permittivité colossale ont été découverts, commepar exemple CaCu3Ti4O12 (CCTO). Le mécanisme IBLC (Internal Barrier Layer Capacitance),décrivant des grains semi-conducteurs et des joints de grains isolants, permet aujourd’hui d’expliquerces fortes permittivités. Cependant l’origine de la semi-conductivité des grains ainsi quele caractère isolant des joints de grains donne encore matière à controverse. Ce travail a donc undouble objectif, d’une part concevoir un matériau possédant des propriétés diélectriques similairesà CCTO, et d’autre part comprendre les différents mécanismes responsables de ces permittivitésexceptionnelles. La première partie de ce manuscrit présente les caractéristiques d’usages descondensateurs, elle à également pour objectif de lister les mécanismes qui ont été proposés parla communauté scientifique pour tenter d’expliquer la forte permittivité de CCTO. La deuxièmepartie présente d’une part les techniques de caractérisations qui ont été utilisées pour analyserles composés présentés dans ce manuscrit, en insistant plus particulièrement sur la spectroscopied’impédance, largement utilisée dans cette étude. Elle présente d’autre part les techniques de synthèsesqui ont été expérimentées pour synthétiser un nouveau matériau à permittivité colossale :Ba4YMn3O11,5±δ. Les caractérisations structurale et micro-structurale de Ba4YMn3O11,5±δ serontévoquées dans la troisième partie de ce manuscrit. Enfin, les diverses optimisations qui ontété réalisées sur Ba4YMn3O11,5±δ, pour tenter d’améliorer ces propriétés diélectriques, serons évoquées.Nous détaillerons dans cette dernière partie les substitutions ayant été réalisées sur le sitedu baryum et du manganèse, ainsi que la création d’une phase possédant un cation différent del’actuel yttrium et présentant également des propriétés diélectriques très intéressantes. / The problem of ceramic capacitors with very high performance is recurrent in many areas ofElectrical Energy. It takes all its acuteness in « nomadic » microelectronics (cell phone, tablet, mp3player...) where the circuits must be increasingly miniaturized. These capacitors can take up to50 % of the space on the PCB, reducing their size becomes an imperative. In this context newmaterials with colossal permittivity were discovered, such CaCu3Ti4O12 (CCTO). The mechanismIBLC (Internal Barrier Layer Capacitance), describing semiconductor grains and insulating grainboundaries can now explain these high permittivities. However, the origin of the semiconductivitygrains and the insulating character of grain boundaries give even controversial. The aim is thus twofold,on one hand to synthesize a material possessing similar dielectric properties to CCTO, and onthe other hand to understand the various mechanisms responsible for these exceptional permittivity.The first part of this thesis presents various characteristics of capacitors uses, it also aims to listthe mechanisms that have been proposed by the scientific community to try to explain the highpermittivity of CCTO. The second part presents firstly the characterization techniques whichwere used to analyze all the compounds described in this manuscript, with particular emphasison impedance spectroscopy. It presents on the other hand synthesis techniques that have beentried to synthesize a new material with colossal permittivity : Ba4YMn3O11,5±δ. Structural andmicro-structural characterizations of Ba4YMn3O11,5±δ will be discussed in the third part to themanuscript. Finally, the various optimizations that were performed on Ba4YMn3O11,5±δ, to try toimprove the dielectric properties, will be discussed. We detail in this last part substitutions havingbeen made on the site of barium and manganese and the creation of a phase having a differentcation in the present yttrium site and having dielectric properties very interesting also.

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de particules de polymère magnétiques capables de capter et relarguer différents microorganismes par des interactions électrostatiques non spécifiques. Des nanoparticules d'oxyde de fer cationiques stabilisées par des contre-ions nitrate ont été synthétisées par coprécipitation de sels de fer. La surface de la maghémite obtenue a été modifiée par voie sol-gel avec un organosilane présentant une fonction méthacrylate pour permettre son incorporation covalente dans des particules de latex par des réactions de copolymérisation. Ces particules ont été obtenues par polymérisation radicalaire en dispersion, en émulsion ou en miniémulsion du méthacrylate de méthyle ou du styrène, conduite en présence de maghémite. Les interactions entre celle-ci et le stabilisant rendent difficile la formation de latex magnétiques par polymérisation en dispersion. En revanche, la polymérisation en (mini-)émulsion permet, selon la technique de dispersion des oxydes de fer utilisée avant polymérisation, l'obtention de particules de latex de 140 à 650 nm, dont la fraction magnétique varie entre 2 et 37 % et contient jusqu'à 91 % de maghémite. La distribution de taille est toutefois large. Les particules magnétiques ainsi obtenues ont été ensuite fonctionnalisées directement au cours de la polymérisation en émulsion par l'introduction de co-monomères chargés, de polyélectrolytes ou de polyamphotères réamorçables. Ces deux derniers types de polymère sont obtenus par polymérisation RAFT. Leur capacité de capture/relargage a été évaluée sur des systèmes modèles à base de silice. Les polyamphotères donnent de bons résultats sur de nombreux microorganismes / This thesis describes the synthesis of magnetic latexes which are able to capture and release various microorganisms via non-specific and electrostatic interactions. Cationic iron oxide nanoparticles stabilized by nitrate counterions were synthesized by the co-precipitation of iron salts in water. The surface of the asobtained maghemite was then modified by a sol-gel process using a methacrylate-functionalized organosilane, in order to incorporate the iron oxide nanoparticles into latex particles by copolymerization reactions. Magnetic particles were obtained by dispersion, emulsion or miniemulsion polymerization of styrene or methyl methacrylate, performed in the presence of iron oxide. Due to the interaction between the stabilizers and iron oxides, dispersion polymerization was not a suitable approach. On the other hand, (mini-)emulsion polymerization led to a large range of particle diameters (140 – 650 nm), according to the process used to disperse iron oxides prior to the polymerization. These latexes contained between 2 and 37 % of magnetic particles, incorporating up to 91% of iron oxide. But the size distribution remained quite broad in all cases. The functionalization of the as-prepared magnetic particles was then undertaken by the introduction of either a charged co-monomer or polyelectrolytes or polyampholytes reactivable during the polymerization process. These kinds of polymers were synthesized by RAFT polymerization. Their ability to capture and release microorganisms was tested on silica-based model systems. Polyampholytes displayed good results on several microorganisms

La formulation de médicaments regroupe des technologies innovantes où l'usage de matières premières naturelles émerge du fait de contraintes environnementales grandissantes. Les huiles végétales par exemple sont plébiscitées grâce à leurs propriétés remarquables en terme de solubilisation de principes actifs, de biocompatibilité et de biodégradabilité. Afin d'élargir leurs applications, notamment pour la libération prolongée de principes actifs, la solidification de ces huiles par réticulation a été envisagée à l'aide d'une chimie douce, c'est-à-dire respectueuse des principes de la chimie verte. La silice a été choisie pour réaliser la réticulation par réaction sol-gel d'huiles végétales et ainsi obtenir des matériaux hybrides inorganique/organique d'origine naturelle. L'étude a consisté à fonctionnaliser des huiles végétales à l'aide de précurseurs silylés en utilisant une chimie sans solvant ni catalyseur, pour obtenir des huiles réticulables par voie sol-gel. Deux voies chimiques de fonctionnalisation ont été employées. La première, difficilement contrôlable, été basée sur une réaction époxy-amine où des huiles de lin ou de soja époxydées ont été utilisées. La seconde reposait sur la valorisation d'huile de ricin porteuse d'un groupement hydroxyle via une réaction hydroxy-isocyanate. Les excellents résultats obtenus ont permis de poursuivre l'étude par la formulation de l'huile de ricin silylée grâce à un nouveau procédé d'émulsion huile/eau thermo-stabilisée. Simple et robuste, ce procédé a rendu possible de façon concomitante la mise en forme et la solidification de microparticules hybrides. Les microparticules présentent des distributions de taille homogènes (20 à 200 µm), sont sphériques et capables de piéger des molécules lipophiles. Ainsi une molécule modèle, a été encapsulé avec des rendements très satisfaisants et sa libération a été totale après 8h en milieu physiologiques simulé. En modifiant la composition des microparticules (ratio inorganique / organique), il a été possible de prolonger les cinétiques de libération et de réduire significativement « l’effet burst ». La biocompatibilité de ces microparticules a été démontrée in vitro. Enfin dans l’optique de correctement caractériser la réaction sol-gel, différentes techniques analytiques ont été explorées pour l’étude in situ de la réticulation et l’identification d’un catalyseur biocompatible. Ces travaux ont permis de détailler les mécanismes des réactions d’hydrolyse et de polycondensation et ont ouvert la voie à un meilleur contrôle des cinétiques de réticulation des microparticules. De plus, il est apparu que la maîtrise de cette réaction semble être indispensable afin d'obtenir des objets "stabilisés " aux propriétés identiques et aux cinétiques de libération reproductibles. En conclusion, il a été démontré que la chimie sol-gel appliquée aux huiles naturelles offre des possibilités d’innovation en formulation galénique tout en respectant les contraintes environnementales et de santé et a permis le développement de matériaux originaux aux propriétés modulables. / Drug formulation is gathering innovative technologies where the use of natural products for the preparation of drug delivery systems is getting more and more considerations because of environmental concerns. For instance, vegetable oils get increasingly used because of their outstanding properties in terms of drug solubilization, biocompatibility and biodegradability. For expanding their application, to drug sustained-release for instance, oils have to be hardened under mild conditions with respect to green chemistry principals. The silica condensation was therefore chosen as cross-linking reaction by the mean the sol-gel reaction which when applied to vegetable oils led to biosourced hybrid organic/inorganic materials. To do so, oils were functionalized with alkoxysilanes precursors without solvent nor catalyst in order to obtain cross-linkable systems. Two chemical paths were studied. The first one, based on an epoxy-amine reaction between epoxydized linseed or soybean oils and the alkoxysilane precursor ended up with an uncontrolled reaction and a triglyceride disruption. The second, used castor oil as an hydroxylated raw material and was based on the hydroxy-isocyanate reaction. Valuable results were obtained and this silylated oil was formulated thanks to a new oil/water thermo-stabilized emulsion process. Simple and robust, this process allowed to simultaneously shape and harden hybrid microparticles. Ranging between 20 and 200 µm in diameter, hybrid microparticles were spherical, homogeneously distributed and were capable of entrapping and releasing lipophilic molecules. As a model, ibuprofen was efficiently encapsulated and was fully released over 8 hours in a simulated buffer. Furthermore, by changing the composition of hybrid microparticles (inorganic/organic ratio), it was also possible to extend release kinetics and significantly reduce the burst effect. Then, biocompatibility of those hybrid microparticles was demonstrated in vitro and an innovative study of the cross-linking reaction was performed. This study aimed to properly understand hydrolysis and polycondensation mechanisms and took the form of an in situ the sol-gel reaction monitoring. It allowed to identify an alternative biocompatible catalysts and gave an insight on how those reactions can be controlled to reach “stabilized" hybrids with constant properties and exhibiting robust and reproducible drug sustained-releases. Finally, it has been demonstrated that the sol-gel chemistry applied to vegetable oils for the synthesis of original and tunable hybrid materials with concerns to environmental and health issues, opened the gate towards innovations in drug formulation.

Este trabalho apresenta a síntese dos plumbatos de estrutura tipo perovskita (ABO3) PbTiO3, PbZrO3 e Pb(Ti,Zr)O3 por rota sol-gel não aquosa, bem como da produção de filmes finos dos precursores desses compostos sobre substratos de polimetilmetacrilato. Os compostos PbTiO3, PbZrO3 e Pb(Ti,Zr)O3 foram preparados e em seguida caracterizados pela técnica de difração de raios X (DRX) e por análise termogravimétrica (ATG). A molhabilidade entre a solução precursora e o substrato foi avaliada pela medida do ângulo de contato. A deposição dos filmes sobre substratos de PMMA foi feita pelo método de spin-coating, e os filmes produzidos foram caracterizados por espectrofotometria UV-Visível, elipsometria espectral e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compostos preparados apresentaram a fase perovskita quando tratados a 750°C, no entanto, com tratamentos térmicos a temperaturas abaixo do ponto de fusão do PMMA (120ºC) ainda há alta quantidade de matéria orgânica, o que impossibilita a verificação clara das fases cristalinas. A solução não aquosa do sol-gel apresentou-se molhante ao substrato, o que valida a utilização do método de spin-coating para deposição dos filmes. Os filmes obtidos apresentam transparência na faixa de luz visível, elevada uniformidade na espessura e presença de trincas cuja quantidade aumentou com o número de camadas de deposição. Os valores de índice de refração variaram de 1,7 e 2,0, sendo crescente na ordem PbZrO3, Pb(Ti,Zr)O3 e PbTiO3. Os valores de energia de band gap óptico determinados com base nos valores de transmitância e espessura dos filmes foram entre 3,3 e 3,4 eV para todos os plumbatos investigados. / This work describes the synthesis of plumbates of perovskite-type structure (ABO3) PbTiO3, PbZrO3 and Pb(Ti,Zr)O3 by non-aqueous sol-gel route as well as the production of thin films of these compounds precursors on polymethyl methacrylate substrates. The compounds PbTiO3, PbZrO3 and Pb(Ti,Zr)O3 were prepared and then characterized by of X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TGA). The wettability between the precursor solution and the substrate was evaluated by measuring the contact angle. The deposition of the films on PMMA substrates were made by spin-coating method, and the produced films were characterized by UV-Visible, spectral ellipsometry and scanning electron microscopy (SEM). The compounds had the perovskite phase when treated at 750 °C, however, with thermal treatments at temperatures below the melting point of PMMA (120 ° C) there is still high amount of organic matter, making it impossible to clear verification of crystalline phases. The non-aqueous sol-gel showed up wetting to the substrate, which validates the use of the spin-coating method for films deposition. The obtained films exhibit transparency in the visible light range, high uniformity in thickness and presence of cracks whose amount increased with the number of deposited layers. The refractive index values ranged from 1.7 to 2.0, and increasing in the order PbZrO3, Pb(Ti,Zr)O3 and PbTiO3. The optical band gap energy values based on the transmittance values and thickness of the films were between 3.3 and 3.4 eV for all investigated plumbates.

Grâce à un mécanisme coopératif d'auto-assemblage électro-assisté ("Electro-Assisted Self-Assembly" : EASA), l'électrogénération de couches minces sol-gel à partir d'un sol constitué d'alcoxysilanes et d'un tensioactif cationique (bromure de cétyltriméthylammonium : CTAB) permet l'accès à des films mésostructurés présentant des mésopores orientés perpendiculairement au support. Des films mésostructurés à base de silice méthylée présentant une porosité organisée et "verticalement" orientée ont été électrogénérés en réalisant la co-condensation en une étape d'un alcoxysilane et d'un organo-alcoxysilane en présence de CTAB. Une étude des transferts de matière au sein de ces couches minces démontre que leur perméabilité peut être modulée par la teneur en groupements -CH3. Le procédé EASA a ensuite été étendu à l'utilisation de sols principalement aqueux. Ceci permet l'accès à de nouvelles structures, au contrôle de l'orientation du réseau poreux et à la possibilité de moduler la morphologie du matériau déposé en faisant varier les contre-anions associés aux édifices micellaires. Différentes stratégies de synthèse visant à augmenter la porosité de films électrogénérés ont été évaluées (utilisation d'agents gonflants et d'un copolymère triblocs). Des résultats probants concernant l'électrogénération de couches minces à porosité hiérarchisée (interconnexion de mésopores et de macropores) sont aussi présentés. Enfin, la dernière partie s'attache à étendre le concept EASA à l'échelle locale (micrométrique) par l'utilisation d'un microscope électrochimique à balayage en tant que moyen de synthèse, ceci ouvrant la voie à l'électromicrolithographie sol-gel / Thanks to an Electro-Assisted Self-Assembly (EASA) cooperative process, the sol-gel electrogeneration of silica thin films from sols containing alkoxysilanes and cationic surfactant molecules (cetyltrimethylammonium: CTAB) allows to obtain mesostructured films exhibiting mesopore channels orthogonal to the substrate. Organized methylated silica thin films with "vertically"-aligned mesopores were electrogenerated by performing a one-step co-condensation between alkoxysilanes and organo-alkoxysilanes in the presence of CTAB. Monitoring mass transport issues inside these thin layers demonstrates that their permeability can be modulated by the -CH3 moieties ratio. The EASA process was then extended to the use of mainly aqueous sols. This permits the electrogeneration of new structures, the control of the porous network orientation and a modulation of the deposited material morphology by changing the CTA+ counter-anion. Various synthesis strategies aiming at increasing the porosity of electrogenerated films were evaluated (use of swelling agents and a triblock copolymer). Some convincing results dealing with the electrogeneration of silica films exhibiting a hierarchical porosity (combination of mesopores with macropores) are also presented. Finally, the last part of this work demonstrates how the EASA process can be applied at the local scale (micrometric) by using a scanning electrochemical microscope as a synthesis tool, thus opening the way to the sol-gel electromicrolithography

L'objectif de la thèse est de développer des systèmes de Barrières Thermiques (BT) « capteurs » base zircone yttriée (ZrO2 + 9.8mol% Y2O3, YSZ) déposés par voie sol-gel selon un procédé de trempage-retrait. Ceux-ci sont dédiés à la mesure de la température par des méthodes de thermométrie par fluorescence et au suivi de l'endommagement dans l'épaisseur des revêtements. Les méthodes proposées sont basées sur le suivi de l'évolution, notamment avec la température, des propriétés de photoluminescence de marqueurs fluorescents lanthanides Ln3+, tels que l'europium Eu3+, le dysprosium Dy3+, l'erbium Er3+, le samarium Sm3+ ou encore le thulium Tm3+. Ceux-ci sont directement incorporés dans la structure de la zircone, semi-transparente dans le domaine d'émission visible de ces marqueurs. Un banc de mesure des propriétés de fluorescence (spectres, intensités et temps de vie) a spécifiquement été développé dans ce but. La caractérisation des différents couples YSZ:Ln3+ sous forme de poudres synthétisées par voie sol-gel a permis d'optimiser les compositions de manière à maximiser l'intensité du signal de fluorescence tout en préservant les propriétés microstructurales requises pour une BT. Les dépôts sol-gel réalisés par trempage-retrait permettent la fabrication de prototypes de BT multicouches fonctionnalisées intégrant jusqu'à trois couches fluorescentes de longueurs d'onde d'émission distinctes. De tels systèmes architecturés permettent de sonder optiquement la totalité de l'épaisseur de zircone déposée pour de futures applications visant à évaluer les gradients thermiques siégeant dans le volume des revêtements. Des BT fonctionnalisées contenant des défauts de délamination pré-calibrés à l'interface métal/céramique ont été également utilisées pour comparer l'intérêt d'une méthode de fluorescence accrue par réflectance et d'une méthode de thermographie infrarouge pour le suivi et l'évaluation des processus d'endommagement précurseurs de l'écaillage. Enfin, le potentiel qu'offrent les poudres de zircone YSZ:Ln3+ dopées en tant que marqueurs fluorescents de l'histoire thermique, alternatifs aux peintures thermiques utilisées industriellement, a aussi été analysé. / The aim of this work is to develop and study yttria stabilised zirconia (ZrO2 + 9.8at% Y2O3, YSZ) based thermal barrier coating (TBC) « sensor » systems deposited by a dip coating sol-gel process, and dedicated to temperature measurement and to the monitoring of damaging occuring within the thickness of the coatings, using fluorescence thermometry methods. These methods are based on the monitoring of the fluorescence properties of photoluminescent activators from the trivalent lanthanide ions group (Ln3+), such as samarium Sm3+, europium Eu3+, dysprosium Dy3+, erbium Er3+ and thulium Tm3+. These activators are directly incorporated into the zirconia YSZ host matrix lattice, which is semi-transparent at their emission wavelengths mainly falling in the visible range. An experimental set up was especially developped for the application of these methods. The characterisation of the different YSZ:Ln3+ powders synthesized by a sol-gel process allowed to optimise the compositions, and thus maximize the fluorescence signal intensity while avoidind any alteration of the zirconia crystal structure required from for a TBC material. The sol-gel dip coating process allowed to deposit functionalised multilayer TBC prototypes integrating up to three fluorescent layers with distinct emission wavelengths distributed throughout the thickness. Such coating architectures allow, with the fluorescence thermometry methods identified, to optically probe the coating across the whole thickness for future applications aiming to determine the thermal gradient in TBCs. Functionalised TBCs containing pre-calibrated delamination defects at the metal/ceramic interface were also used to compare the interest of the reflectance enhanced fluorescence method and an IR thermography method for early monitoring of TBC spallation. At last, the potential offered by YSZ:Ln3+ powders as thermal history sensors alternative to temperature sensitive paints was also investigated.