Sources 1D intégrées à large bande à base de nanocomposite émettant dans le rouge profond – RENOIR

RENOIR vise à développer des sources photoluminescentes monodimensionnelles (1D) de forte intensité, émettant dans le rouge profond avec une large bande (650 – 800 nm). Ces sources seront élaborées à partir d’un nanocomposite hybride organique/inorganique Mo6@PDMS constitué de clusters de molybdène photoluminescents originaux (Mo6) dispersés d’une matrice en polymère PDMS (polydimethylsiloxane). Le nanocomposite sera obtenu par copolymérisation d’une solution homogène et de viscosité contrôlée de monomères et de clusters fonctionnelles. Il sera élaboré par une équipe de chimistes reconnus dans la synthèse de nanomatériaux émissifs intégrant des clusters d’atome métallique. Les clusters de taille nanométrique (< 2 nm), aussi appelés « nanoclusters », et qui consistent en moins d’une dizaine d’atomes métalliques tels que Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Mo, Ta, Re, peuvent être définis comme des intermédiaires entre l’atome et la nanoparticule. Ces clusters ont attiré beaucoup d’attention du fait de leurs propriétés électroniques uniques et de leurs propriétés physiques et chimiques associées. Comparés à d’autres luminophores, ces clusters ont de nombreux avantages, et en particulier des fonctionnalités optiques uniques : un rendement quantique à l’état solide élevé, un large déplacement de Stokes, et ils ne présentent pas d’effets de scintillement ni de photo-blanchiment comparé aux QDs ou aux molécules organiques. De plus, nous avons déjà montré que ces pigments luminescents peuvent être incorporés dans diverses matrices comme les nanoparticules de silice ou les copolymères pour des applications comme biomarqueurs ou comme luminophores pour l’éclairage ou l’affichage. Comme résultats préliminaires de RENOIR, des guides microniques et des nanotubes ont été obtenus à partir d’un nanocomposite basé sur des clusters Mo6 dispersés dans une matrice de résine photosensible SU8, puis mis en forme par lithographie UV et par mouillage d’un moule poreux (wetting template) respectivement. Le changement de matrice hôte proposé dans RENOIR permettra d’augmenter la puissance délivrée par les sources 1D intégrées puisque le rendement quantique des clusters est 5 fois supérieur dans le PDMS que dans le SU8. Le projet RENOIR repose sur l’expertise et les connaissances complémentaires de trois équipes impliquant chimistes et physiciens. Il est divisé en trois parties (i) optimisation de la composition chimique et des propriétés de luminescence dans le rouge profond du nanocomposite Mo6@PDMS, (ii) optimisation de la technique de moulage pour la réalisation de structures 1D intégrées Mo6@PDMS, (iii) intégration sur puces des structures 1D Mo6@PDMS: conception et caractérisation. La mise en forme et la caractérisation des structures 1D Mo6@PDMS sera réalisée par les deux autres partenaires (physiciens et opticiens). Les techniques bas-coûts de moulage, spécifiques aux matériaux polymères vont permettre une fabrication facile, sans conditions de température ou de pression sévères. Pour pallier à la limitation de longueur des structures obtenues par la méthode dite « wetting template » qui consiste à mouiller une membrane nanoporeuse (l’épaisseur inférieure à 100 µm définissant la longueur finale des nanostructures 1D), nous allons transférer notre savoir-faire vers la méthode dite « casting » qui consiste à utiliser comme moule une fibre microstructurée. Cela sera possible grâce à la collaboration avec la plateforme R&D PERFOS localisée à Lannion en Bretagne, spécialisée dans la fabrication de fibres microstructurées (www.perfos.com). Cette plateforme nous fournira des fibres (de longueurs centimétriques) avec différents diamètres de pores variant entre quelques centaines de nm et 5 µm. Enfin, deux solutions de pompage seront testées sur banc d’injection afin d’obtenir des sources larges intenses émettant dans le rouge profond avec des applications en éclairage et en transport d’information.