Développement de jauges de contrainte à base de nanoparticules colloïdales (Application à la réalisation de surfaces tactiles souples)

Un grand défi actuel consiste à réaliser des capteurs innovants tirant partie des propriétés singulières de nanoparticules colloïdales synthétisées par voie chimique et assemblées de manière contrôlée sur des surfaces. L objet de cette thèse est le développement de jauges de contrainte résistives à base de nanoparticules. Ces jauges de contrainte sont constituées de lignes parallèles, de quelques micromètres de large, denses, de nanoparticules colloïdales d or synthétisées par voie chimique et assemblées sur des substrats souples par assemblage convectif contrôlé. Le principe de ces capteurs résistifs repose sur la conduction tunnel entre les nanoparticules qui varie de manière exponentielle lorsque que l assemblée est déformée. Des mesures électro-mécaniques couplées à des observations en microscopie électronique à balayage et à force atomique ont permis d identifier, de quantifier et de comprendre l impact de la taille et de la nature des ligands des nanoparticules sur la sensibilité et les phénomènes de dérive de la résistance à vide des jauges de contrainte. Ces travaux, associés à des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles ont permis de corréler les variations macroscopiques de résistance électrique des jauges de contrainte aux déplacements relatifs des nanoparticules. Finalement, ces jauges de contrainte ultra-sensibles et miniatures, mises en matrices, ont été exploitées pour réaliser des surfaces tactiles souples multi-points et sensibles à l intensité de l appuiOne recent big challenge is to implement innovative sensors that take advantage of the unique properties of colloidal nanoparticles chemically synthesized and assembled on various surfaces. The goal of this work is the development of nanoparticle based resistive strain gauges. These strain gauges are constructed of few micrometers wide parallel wires of close packed colloidal gold nanoparticles, chemically synthesized, and assembled on flexible substrates by convective self assembly. The principle of these resistive sensors is based on the tunnel conduction between the adjacent nanoparticles which varies exponentially as the assembly is stretched. Electro-mechanical measurements coupled with scanning electron microscopy and atomic force microscopy observations were used to identify, quantify and understand the impact of the nanoparticle size and the nature of the protecting ligands, on the gauge sensitivity and the drift of the resistance at rest of the nanoparticle based strain gauges. Coupled with small angle x-ray scattering measurements, these studies allowed us to correlate the macroscopic changes in electrical resistance of the strain gauges to the relative displacement of the nanoparticles at the nanoscale. Finally, a matrix of these miniature ultra-sensitive gauges was used to construct flexible touch screen panels capable of measuring the intensity of several touches simultaneouslyTOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF

Développement de jauges de contrainte à base de nanoparticules colloïdales : Application à la réalisation de surfaces tactiles souples

One recent big challenge is to implement innovative sensors that take advantage of the unique properties of colloidal nanoparticles chemically synthesized and assembled on various surfaces. The goal of this work is the development of nanoparticle based resistive strain gauges. These strain gauges are constructed of few micrometers wide parallel wires of close packed colloidal gold nanoparticles, chemically synthesized, and assembled on flexible substrates by convective self assembly. The principle of these resistive sensors is based on the tunnel conduction between the adjacent nanoparticles which varies exponentially as the assembly is stretched. Electro-mechanical measurements coupled with scanning electron microscopy and atomic force microscopy observations were used to identify, quantify and understand the impact of the nanoparticle size and the nature of the protecting ligands, on the gauge sensitivity and the drift of the resistance at rest of the nanoparticle based strain gauges. Coupled with small angle x-ray scattering measurements, these studies allowed us to correlate the macroscopic changes in electrical resistance of the strain gauges to the relative displacement of the nanoparticles at the nanoscale. Finally, a matrix of these miniature ultra-sensitive gauges was used to construct flexible touch screen panels capable of measuring the intensity of several touches simultaneouslyUn grand défi actuel consiste à réaliser des capteurs innovants tirant partie des propriétés singulières de nanoparticules colloïdales synthétisées par voie chimique et assemblées de manière contrôlée sur des surfaces. L’objet de cette thèse est le développement de jauges de contrainte résistives à base de nanoparticules. Ces jauges de contrainte sont constituées de lignes parallèles, de quelques micromètres de large, denses, de nanoparticules colloïdales d’or synthétisées par voie chimique et assemblées sur des substrats souples par assemblage convectif contrôlé. Le principe de ces capteurs résistifs repose sur la conduction tunnel entre les nanoparticules qui varie de manière exponentielle lorsque que l’assemblée est déformée. Des mesures électro-mécaniques couplées à des observations en microscopie électronique à balayage et à force atomique ont permis d’identifier, de quantifier et de comprendre l’impact de la taille et de la nature des ligands des nanoparticules sur la sensibilité et les phénomènes de dérive de la résistance à vide des jauges de contrainte. Ces travaux, associés à des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles ont permis de corréler les variations macroscopiques de résistance électrique des jauges de contrainte aux déplacements relatifs des nanoparticules. Finalement, ces jauges de contrainte ultra-sensibles et miniatures, mises en matrices, ont été exploitées pour réaliser des surfaces tactiles souples multi-points et sensibles à l’intensité de l’appu

Colloidal nanoparticle based strain gauges development and application to flexible touch screen panel

Un grand défi actuel consiste à réaliser des capteurs innovants tirant partie des propriétés singulières de nanoparticules colloïdales synthétisées par voie chimique et assemblées de manière contrôlée sur des surfaces. L’objet de cette thèse est le développement de jauges de contrainte résistives à base de nanoparticules. Ces jauges de contrainte sont constituées de lignes parallèles, de quelques micromètres de large, denses, de nanoparticules colloïdales d’or synthétisées par voie chimique et assemblées sur des substrats souples par assemblage convectif contrôlé. Le principe de ces capteurs résistifs repose sur la conduction tunnel entre les nanoparticules qui varie de manière exponentielle lorsque que l’assemblée est déformée. Des mesures électro-mécaniques couplées à des observations en microscopie électronique à balayage et à force atomique ont permis d’identifier, de quantifier et de comprendre l’impact de la taille et de la nature des ligands des nanoparticules sur la sensibilité et les phénomènes de dérive de la résistance à vide des jauges de contrainte. Ces travaux, associés à des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles ont permis de corréler les variations macroscopiques de résistance électrique des jauges de contrainte aux déplacements relatifs des nanoparticules. Finalement, ces jauges de contrainte ultra-sensibles et miniatures, mises en matrices, ont été exploitées pour réaliser des surfaces tactiles souples multi-points et sensibles à l’intensité de l’appuiOne recent big challenge is to implement innovative sensors that take advantage of the unique properties of colloidal nanoparticles chemically synthesized and assembled on various surfaces. The goal of this work is the development of nanoparticle based resistive strain gauges. These strain gauges are constructed of few micrometers wide parallel wires of close packed colloidal gold nanoparticles, chemically synthesized, and assembled on flexible substrates by convective self assembly. The principle of these resistive sensors is based on the tunnel conduction between the adjacent nanoparticles which varies exponentially as the assembly is stretched. Electro-mechanical measurements coupled with scanning electron microscopy and atomic force microscopy observations were used to identify, quantify and understand the impact of the nanoparticle size and the nature of the protecting ligands, on the gauge sensitivity and the drift of the resistance at rest of the nanoparticle based strain gauges. Coupled with small angle x-ray scattering measurements, these studies allowed us to correlate the macroscopic changes in electrical resistance of the strain gauges to the relative displacement of the nanoparticles at the nanoscale. Finally, a matrix of these miniature ultra-sensitive gauges was used to construct flexible touch screen panels capable of measuring the intensity of several touches simultaneousl

Conducting AFM study of colloidal nanoparticle assemblies

International audienc

Integration of Inkjet Printed Graphene as a Hole Transport Layer in Organic Solar Cells

Peer reviewed: TrueAcknowledgements: Thanks to Assoz. Univ. Markus Clark Scharber for fruitful discussions and helpful advice.This work demonstrates the green production of a graphene ink for inkjet printing and its use as a hole transport layer (HTL) in an organic solar cell. Graphene as an HTL improves the selective hole extraction at the anode and prevents charge recombination at the electronic interface and metal diffusion into the photoactive layer. Graphite was exfoliated in water, concentrated by iterative centrifugation, and characterized by Raman. The concentrated graphene ink was incorporated into inverted organic solar cells by inkjet printing on the active polymer in an ambient atmosphere. Argon plasma was used to enhance wetting of the polymer with the graphene ink during printing. The argon plasma treatment of the active polymer P3HT:PCBM was investigated by XPS, AFM and contact angle measurements. Efficiency and lifetime studies undertaken show that the device with graphene as HTL is fully functional and has good potential for an inkjet printable and flexible alternative to PEDOT:PSS

Electron transport within transparent assemblies of tin-doped indium oxide colloidal nanocrystals

International audienceStripe-like compact assemblies of tin-doped indium oxide (ITO) colloidal nanocrystals (NCs) are fabricated by stop-and-go convective self-assembly (CSA). Systematic evaluation of the electron transport mechanisms in these systems is carried out by varying the length of carboxylate ligands protecting the NCs: butanoate (C4), octanoate (C8) and oleate (C18). The interparticle edge-to-edge distance L0, along with a number of carbon atoms in the alkyl chain of the coating ligand, are deduced from small-angle x-ray scattering (SAXS) measurements and exhibit a linear relationship with a slope of 0.11 nm per carbon pair unit. Temperature-dependent resistance characteristics are analyzed using several electron transport models: Efros–Shklovskii variable range hopping (ES-VRH), inelastic cotunneling (IC), regular island array and percolation. The analysis indicated that the first two models (ES-VRH and IC) fail to explain the observed behavior, and that only simple activated transport takes place in these systems under the experimental conditions studied (T = 300 K to 77 K). Related transport parameters were then extracted using the regular island array and percolation models. The effective tunneling decay constant βeff of the ligands and the Coulomb charging energy EC are found to be around 5.5 nm−1 and 25 meV, respectively, irrespective of ligand lengths. The theoretical tunneling decay constant β calculated using the percolation model is in the range 9 nm−1. Electromechanical tests on the ITO nanoparticle assemblies indicate that their sensitivities are as high as ~30 and remain the same regardless of ligand lengths, which is in agreement with the constant effective βeff extracted from regular island array and percolation models

Mécanisme de transport dans des jauges de contraintes à nanoparticules colloïdales

Les écrans tactiles envahissent notre quotidien (smartphones, tablettes ...). Dans ce travail, l'objectif est de caractériser des surfaces tactiles résistives basées sur le transport à travers des couches autoassemblées de nanoparticules (NPs) métalliques. Il s'agit d'utiliser la microscopie à force atomique pour adresser localement et électriquement les couches autoassemblées (conducting-AFM), en fonction de la force d'appui des leviers, et ainsi caractériser les mécanismes microscopiques de transport dans ces structures

The lateral line of zebrafish: a model system for the analysis of morphogenesis and neural development in vertebrates.

The lateral line of the zebrafish has many of the advantages that made the sensory organs of Drosophila a very productive model system: 1) it comprises a set of discrete sense organs (neuromasts) arranged in a defined, species-specific pattern, such that each organ can be individually recognized; 2) the neuromasts are superficial and easy to visualize, and the innervating neurons are easy to label; 3) the sensory projection is simple yet reproducibly organized. Here we describe some of the tools that can be used to investigate the development of this system, and we illustrate their usefulness with specific examples. We conclude that the lateral line is uniquely suited among vertebrate sensory systems for a molecular, cellular and genetic analysis of pattern formation and of neural development