Fabrication microfluidique de métamatériaux à partir de dispersions colloïdales

Abstract

Dans les dernières décennies, la communauté scientifique a concentré son attention sur l'étude de nouveaux matériaux, appelés métamatériaux, présentant des caractéristiques inhabituelles et permettant par exemple le contrôle de l'indice de réfraction effectif pour des applications optiques extraordinaires telles que les lentilles parfaites ou le camouflage. Les approches bottom-up utilisant l'auto-assemblage de nanoparticules résonantes de taille inférieure à la longueur d'onde (méta-atomes) offrent de nombreuses possibilités intéressantes. Dans ce travail, nous faisons état de la fabrication de métamatériaux à partir de dispersions colloïdales diluées, en utilisant une technique microfluidique appelée pervaporation microfluidique. Cette technique originale utilise la pervaporation de l'eau à travers des membranes denses en poly-diméthylsiloxane pour concentrer des dispersions colloïdales diluées jusqu'à la formation et la croissance de structures colloïdales très compactes dans des canaux microfluidiques bien définis. Des travaux précédents ont prouvé la fabrication, à l'aide de cette technique, d'un métamatériau présentant un fort magnétisme optique artificiel isotrope aux fréquences de la lumière visible, à partir de dispersions de nanoparticules résonantes de type framboise plasmonique. Dans le présent travail, nous étendons cette technique microfluidique à la fabrication de métamatériaux épais, avec des dimensions typiques de 5 mm x 3 mm x 30 μm, pour une caractérisation optique en utilisant l'ellipsométrie. Nous démontrons la fabrication de matériaux épais en utilisant différents types de nanoparticules : des nanosphères de silice mono-disperses, des nanoparticules de silicium et des "dodécapodes" faits sur mesure. Nous avons également amélioré notre technique microfluidique afin de pouvoir infiltrer des matériaux colloïdaux en utilisant des polymères photodurcissables pour obtenir des matériaux sans fissures.