La modification de surface par plasma est une technique largement utilisée pour améliorer les propriétés de surface de polymères par le greffage de différents groupes fonctionnels. Dans ce projet de recherche, différentes méthodes pour améliorer les techniques de caractérisation de décharge micro-ondes de N2 et N2-H2 ont été étudiées dans le but d’optimiser le procédé de traitement de surface par plasma. Tout d'abord, un certain nombre de paramètres du plasma ont été mesurés à différentes conditions de traitement. Pour déterminer les paramètres du plasma, la spectroscopie d'émission optique a été utilisée dans la région l’ultraviolet, du visible et l’infrarouge (rarement utilisée dans la littérature scientifique). L’utilisation de la spectroscopie d'émission dans cette dernière région spectrale est avantageuse car elle permet d'éliminer les forts chevauchements entre les transitions atomiques et moléculaires et de pallier la faible intensité du signal observée dans la région de l’ultraviolet et du visible. Par la suite, la composition chimique de surface du PTFE a été analysée par XPS pour déterminer les concentrations en carbone, fluor, azote et des groupements amine suite à un traitement par plasma. Les résultats mentionnés ci-dessus ont été utilisés pour corréler les conditions de traitement et les paramètres de décharge micro-ondes à la composition chimique du PTFE modifié, dans l’objectif de mettre en évidence les paramètres expérimentaux du plasma et les espèces présentes dans le plasma qui jouent un rôle clé pour maximiser la fonctionnalisation de surface du polymère avec des groupements amine. En outre, un modèle mathématique a été développé en utilisant la technique de régression PLS. Pour construire ce modèle, un ensemble de données de variables d'entrée contenant les conditions de traitement et les paramètres spectroscopiques du plasma et une matrice de réponse contenant les propriétés de surface du polymère ont été générées. La base de données obtenue a été utilisée pour établir la relation entre les paramètres du plasma, les conditions de traitement et la chimie de surface du film. Cela a finalement permis de prédire la composition chimique de la surface à partir d’informations relatives au plasma, sans avoir à effectuer des analyses de surface après le traitement. / Plasma surface modification is a widely used technique for improving the surface properties of polymers through the introduction of different functional groups. In the current research project, different methods to improve the characterization techniques of N2 and N2-H2 microwave discharge were investigated with the aim of optimizing the plasma surface process. First of all, a number of plasma parameters were measured at different process conditions. To determine the plasma parameters, optical emission spectroscopy was used not only within the well-documented UV-Visible region but also within the rarely studied infrared zone. Using infrared optical emission spectroscopy is advantageous as it eliminates the strong overlap between atomic and molecular transitions as well as the low intensity UV-Visible emission spectroscopy limitations. In the next step, the PTFE surface chemical composition was analyzed via XPS to quantify the concentrations of carbon, fluorine, and nitrogen after a plasma treatment in a N2-H2 gaseous environment. The XPS analyses were also performed after chemical derivatization to quantify the surface concentration of amino groups (%NH2) at different process conditions. The above-mentioned results were used to correlate process conditions and microwave N2-H2 discharge parameters to the chemical composition of the modified PTFE. The purpose was to determine the external plasma parameters and species present within the plasma which play a key role in the introduction of amino groups to the polymer surface. Furthermore, a mathematical model was developed using the Partial Least Squares Regression, (PLSR) using custom scripts written in MATLAB. A data set of input variables including the process conditions and plasma parameters for each experiment were generated along with the corresponding response matrix which in turn contained the surface properties of the film. The resulting database was used to build the relationship between the plasma parameters, process condition and the resulting film surface chemistry. This ultimately enabled to predict the PTFE surface chemistry from data originating from the plasma, without having to proceed to post-plasma surface characterization.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/25123 |
| Date | 20 April 2018 |
| Creators | Mavadat, Maryam |
| Contributors | Laroche, Gaétan |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xix, 161 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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