Exploration of structural colors through surface structuration and oxide composition

La perception de l'apparence d'une surface est définie par son interaction avec la lumière, ainsi que par la position relative de l'observateur et de la source lumineuse. Des couleurs structurelles vives sont observées dans la nature, résultant de structures dont l’échelle est comparable à celle des longueurs d’onde de la lumière visible. De nouvelles fonctionnalités optiques peuvent être obtenues dans des couches minces en contrôlant la structuration des diffuseurs à l’échelle nano/micrométrique. Ainsi, nous avons exploré la synthèse d'une couche de silice perforée désordonnée par dip-coating et chimie sol-gel. Les perforations, qui diffusent la lumière, se forment par adsorption d’eau dans le film induit par la salinité du film lors du dépôt dans un environnement humide. En ajustant les conditions de synthèse, la structure poreuse peut être modifiée, aboutissant à un degré d’organisation plus élevé des perforations.Nous avons exploré une autre approche pour produire des couleurs structurelles saturées, en menant une étude numérique et expérimentale de l'apparence angulaire de miroirs de Bragg composés d’une alternance de diélectriques, spécifiquement des couches de silice et de dioxyde de titane. Un miroir de Bragg est une structure photonique définie par la répétition périodique de paires de films minces, générant généralement des couleurs vives et iridescentes. Les couleurs angulaires générées par ces empilements sont étudiées par calcul des spectres de réflectance, tandis que des miroirs de Bragg fabriqués sont également caractérisés en fonction de l’angle d’incidence de l’illumination, permettant une comparaison entre mesures et simulations. De plus, le protocole de synthèse par dip-coating des couches est étudié afin de comprendre l'effet de petites variations d'épaisseur et d'indice de réfraction sur l'apparence des miroirs de Bragg.Enfin, nous avons exploré le revêtement d’un film mince dense par une couche poreuse structurée, ordonnée et désordonnée. Les morphologies de ces structurations sont analysées par AFM et MEB. Les deux structures sont caractérisées optiquement. Une diffusion de la lumière est observée pour la structure désordonnée, tandis qu'une diffraction est observée pour les structures ordonnées. Nous avons étudié l’impact de l’indice de réfraction et de l’épaisseur du film mince sur les phénomènes de diffusion et de diffraction de la lumière, à l’aide de simulations des spectres de réflectance comparées aux mesures optiques des matériaux fabriqués.