Étude de la déflexion électrochimique de micro-leviers fonctionnalisés d'une monocouche auto-assemblée électroactive

Abstract

Les monocouches auto-assemblées (self-assembled monolayers ou SAMs) chimisorbées sur des substrats métalliques peuvent réagir en changeant leurs propriétés physicochimiques lors de l’application d’un potentiel électrique. Les alcanethiols possédant un groupement fonctionnel terminal redox sont d’excellents candidats pour la préparation de plateformes électroactives sur des électrodes d’or. Les SAMs qui possèdent le ferrocène comme groupement terminal permettent d’obtenir des surfaces modèles, ayant des propriétés électrochimiques stables et réversibles. Dans le cadre de ce projet de recherche, les monocouches auto-assemblées de ferrocénylalcanethiolates sur substrats d’or sont utilisées en tant que plateformes électrosensibles et plusieurs méthodes de caractérisation ont été utilisées. L'objectif de ce projet de recherche est d'étudier l'effet de la longueur de chaîne et l'ordre dans une monocouche auto-assemblée. Pour ce faire, la caractérisation de la surface a été effectuée par différentes méthodes (AFM, IR, électrochimie et TOF-SIMS) et la déflexion des micro-leviers fonctionnalisés de ferrocénylalcanethiolates a été étudiée. Les micro-leviers sont des dispositifs microélectromécaniques (MEMS) simples, ayant la capacité de réagir via un mouvement de déflexion suite à une perturbation physique ou chimique qui induit un changement de stress de surface. L'appariement de l'anion, soit le ClO4¯, suite à l'oxydation du ferrocène en ferrocénium, induit un changement de stress de surface compressif et où il a été possible d'observer trois tendances. La première tendance observée est la comparaison du changement de stress de surface entre les alcanethiols ayant un groupement terminal ferrocène avec les n-alcanethiols (thiols inertes). Ceci permet d'observer qu'à des potentiels positifs, la déflexion des alcanethiolates provient de la perméabilité des anions à l'intérieur de la monocouche. Le deuxième phénomène observé est l'effet de l'électrolyte. Ainsi, l'influence de la nature du contre-ion, soit le cation de l'électrolyte, et celle de la concentration en électrolyte ont été analysées. Le troisième phénomène est l'influence de la longueur de la chaîne des ferrocénylalcanethiols sur le changement du stress de surface. Ces tendances permettront d'évaluer l'utilisation des micro-leviers dans diverses domaines.

Self-assembled monolayers (SAMs) chemisorbed on a metallic substrate can react and change their physicochemical properties when an electric potential is applied. Alkanethiols with a redox functional end group are excellent candidates for the preparation of electroactive platforms on gold electrod. Ferrocene-terminated SAMs are a great model, whose electrochemical properties are stable and reversible. In this research project, SAMs of ferrocenylalkanethiolates on gold are used as electrochemically switchable surfaces for electroactuation. The objective of this research project is to study the effect of chain length and order in a self-assembled monolayer. To do this, surface characterization by different methods (AFM, IR, electrochemistry and TOF-SIMS) and the deflection of microcantilevers functionalized with ferrocenylalkanethiolate are studied. Microcantilevers are simple microelectromechanical devices (MEMS), with the ability to react by a movement to a physical or chemical disturbance that induces a surface change. The pairing of the anion of the electrolyte, ClO4¯, following ferrocene oxidation to ferrocenium, which induces a change in compressive surface stress and where three phenomena have been observed. The first phenomenon is the comparison of the surface change between the alkanethiols with a ferrocene terminal group and the n-alkanethiols (inert thiols). This allows to observe at positive potentials, the deflection observed for the alkanethiolates comes from the permeability of the anions inside the monolayer. The second phenomenon is the effect of the electrolyte. The trend observed is the influence of the nature of the counter-ion, the cation of the electrolyte, and the influence of the concentration for the electrolyte. The third phenomenon is the influence of the chain length of the ferrocenylalkanethiols chain on the surface stress change. These trends will evaluate the use of micro-levers in different fields.