Tuesday, November 12th 2019                           

Nanomatériaux et films moléculaires photoactifs

 

AXES DE RECHERCHE

Longtemps considérés comme fragiles et éphémères, les systèmes organiques fonctionnels sont désormais parvenus à s'imposer comme de réels objets intégrables pour des applications aussi variées que le stockage optique de l'information, l'éclairage ou l'affichage, ou encore le médical. Leurs atouts majeurs tiennent à leur richesse en termes de fonctionnalité et de diversité de structure et de mise en forme. Dans ce contexte, les molécules photoactivables représentent un champ très large de potentialités grâce à l'utilisation de la lumière, véritable outil de structuration et d'adressage à distance. Nos activités de recherche s'appuient précisément sur le développement de nouveaux concepts mettant en jeu des systèmes moléculaires répondant à un stimulus lumineux. Notre démarche repose sur le triptyque synthèse – caractérisations - mise en forme pour contrôler et optimiser les propriétés visées par une maîtrise amont des architectures.

  Elle se décline principalement en trois axes de recherche, fondés sur l'élaboration de :

  • systèmes photochromes pour le stockage optique de l'information
  • nanoparticules bimodales pour la bio-imagerie et la vectorisation de principes actifs
  • molécules organiques comme couches minces émissives pour l'éclairage (OLEDs).

Systèmes photochromes pour le stockage optique de l'information

Il s'agit de concevoir des molécules photochromes, aptes à induire des déformations structurales et réversibles sous irradiation pour moduler localement l'organisation de la matière et ses propriétés. Nous avons choisi des dérivés azoïques, connus pour d'une part leur synthèse aisée, et d'autre part, leur réactivité élevée sous irradiation, en phase solide, en l'absence de matrice hôte. Cette réactivité s'accompagne de changements géométriques importants, conduisant à de véritables migrations de matière dont la direction peut être contrôlée par la polarisation de la lumière. Le greffage de fluorophores permet ainsi d'obtenir des films fluorescents dont l'émission est simplement modulée sous irradiation interférentielle, suite au déplacement des molécules azoïques, agissant comme de véritables tracteurs moléculaires sur les fluorophores liés de manière covalentes. De telles structures périodiques se retrouvent dans le domaine des lasers organiques où le matériau actif nécessite d'être périodiquement structuré.

 

Le déplacement d'entités de taille nanométrique telles que des nanoparticules métalliques peut être également accompli en réalisant cette fois-ci des nanobjets (nanosphères ou nanobâtonnets) photochromes à partir de molécules possédant des groupes complexant les nanoparticules. Une déformation photoinduite de ces objets hybrides sous lumière polarisée conduit au fluage de la matière organique photochrome entraînant dans son mouvement les nanoparticules greffées en surface.

Nanoparticules bimodales pour la bio-imagerie et la vectorisation de principes actifs

Nous nous intéressons à l'élaboration de composés organiques pouvant jouer le rôle de véritables plateformes d'assemblages pour l'obtention de nanoparticules magnétiques et fluorescentes. Ces structures, opposées dans leur conception face à la grande majorité des systèmes élaborés, offrent l'avantage d'une densité élevée en unités actives, une insensibilité du signal lumineux vis-à-vis du milieu environnant et une brillance supérieure à celle des quantum dots sans en partager les inconvénients de toxicité aigüe due aux métaux lourds. Les squelettes élaborés doivent tout d'abord permettre l'obtention d'une suspension stable de nanoparticules fluorescentes dans l'eau grâce à l'utilisation du procédé de reprécipitation.

Le contrôle de la taille est gouverné par la concentration de la solution organique mère et la composition du milieu de reprécipitation. Différents régimes de nucléation-agrégation ou nucléation-croissance ont pu être démontrés, conduisant à des nanosphères de diamètres moyens très distincts.

L'utilisation de ces nanosphères comme supports d'édifices hybrides est réalisée grâce à la fonctionnalisation des unités fluorescentes par des entités chélatant les ions métalliques des nanoparticules envisagées (en l'occurrence, des nanoparticules superparamagnétiques). En suivant un processus de reprécipitation similaire à celui décrit précédemment, des nanoparticules hybrides sont obtenues avec une faible dispersion de taille. Ces architectures présentent un cœur organique fluorescent et une couronne magnétique en surface. Elles répondent de manière efficace sous excitation lumineuse en émettant un signal intense de fluorescence en solution ou une fois internalisées dans des cellules tumorales, et migrent pour former des nanofils en présence d'un champ magnétique externe.

Molécules organiques comme couches minces émissives pour l'éclairage (OLEDs)

L'éclairage blanc suscite de nos jours un attrait considérable compte tenu des incitations à une faible consommation énergétique. Dans le contexte du Grenelle de l'Environnement, il est pertinent de rechercher des alternatives durables et écologiquement responsables aux lampes fluocompactes coûteuses, polluantes (présence de mercure) et dont le rendement à la prise de courant est encore insuffisant. Les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) composées essentiellement de molécules organiques sont apparues comme des systèmes incontournables depuis leurs premières utilisations dans des dispositifs commerciaux en 1997 (écran couleur Pioneer ). Elles présentent comme avantages majeurs, flexibilité, légèreté et faible consommation. Deux familles de molécules s'affrontent actuellement, les polymères et les petites molécules. Ces dernières semblent actuellement privilégiées en raison de leur identité moléculaire précisément définie, conduisant à une reproductibilité des performances. Par ailleurs, elles débouchent vers la réalisation de systèmes multi-couches par évaporation successive de composés organiques. Dans ce cadre, nous nous intéressons à l'élaboration et aux caractérisations photophysiques de nouveaux composés permettant de simplifier considérablement les procédés de fabrication et d'économiser également une part important de matériaux en combinant adroitement les caractéristiques de transport de charge et d'émission, requises pour l'obtention de lumière par recombinaison radiative des porteurs de charge injectés aux électrodes.

Dans ce contexte, nous sommes parvenus à réaliser une OLED blanche, caractérisée par des coordonnées chromatiques (x,y) = (0.34,0.34) proches du blanc pur (0.33 0.33), grâce à la co-évaporation de molécules émettant dans des régions spectrales distinctes. Leur très grande similarité structurale permet d'opérer à la même température d'évaporation pour les composés, si bien que la composition du mélange évaporé reflète celle du mélange dans le creuset avant évaporation. Une variation de la position de cette couche mixte ultra-fine au sein d'un dispositif multi-couches comprenant une couche émettrice dans le bleu a abouti à une modulation de la couleur émise du bleu à l'orange en passant par le blanc.

COLLABORATIONS:

  • Laboratoire PPSM, ENS Cachan
  • Laboratoire IMN, Nantes
  • Laboratoire IRS, Nantes
  • Stéphane Rigaut (Université de Rennes I, O2's)
  • Olivier Poizat (Université de Lille 1, LASIR)
  • Jean-François Berret (Université Paris Denis Diderot - Paris 7, MSC)
  • Jérôme Fresnais (Université Pierre et Marie Curie - Paris 6, PECSA)
  • Sébastien Chénais et Sébastien Forget (Université de Villetaneuse - Paris 13, LPL)
  • Bernard Geffroy (Ecole Polytechnique, CEA Saclay– LPICM)
  • Céline Fiorini-Debuisschert (CEA Saclay, DRECAM)
  • Tony Maindron (CEA LETI, Grenoble)
  • François Lagugné-Labarthet (University of Western Ontario, London, Canada)
  • Albert M. Brouwer (Universiteit van Amsterdam, Van't Hoff Institure, Amsterdam, Pays-bas)
  • Koen Clays (Katholiehe Universiteit Leuven, Leuven, Pays-Bas)
  • Cleber R. Mendonça (Université de São Carlos, São Carlos, Brésil)

CONTRATS RÉCENTS:

  • Campagne de doctorants de l'INC CNRS – appel à co-financemenr 2012  : Ingénierie moléculaire pour l'élaboration et l'étude de dispositifs électroluminescents organiques pour l'éclairage blanc. Coordinateur : E Ishow – Partenaire : Tony Maindron (CEA LETI) (2012-2015).
  • AAP Approches Intégrées de la Région Pays de la Loire 2012  : " De la molécule aux dispositifs pour la (bio)photonique (LUMOMAT) ". Coordinateur : E. Ishow (2012-).
  • ANR Programme Blanc 2012 " Modulation redox de la luminescence à l'aide de complexes organométalliques du ruthénium associés à une unité luminescente (RuOxLux) " . Coordinateur : S. Rigaut (2012-2016).
  • GDRI Phenics France-Japon-Russie-Chine-Allemagne du CNRS  : " Photocommutation des molécules organiques, systèmes et applications". Coordinateur: K. Nakatani. (2011-2015).
  • AAP Pari scientifique de la Région Pays de la Loire 2011  : " Photocontacteurs nanométriques (PHONAM) ". Coordinateur : E. Ishow (2011-2015).
  • Bretagne RESeaux MATériaux 2011  :" Matériaux moléculaires électrophotomodulables pour le stockage optique (MESO )". Coordinateurs E. Ishow (région PdL) et S. Rigaut (région Bretagne) (2011).
  • Prix Grim3 de la fédération de recherche FR3173-Nantes 2011  :" Élaboration et photo-organisation de nanomatériaux anisotropes photo-actifs (EPHONAP)". Coordinateur : E Ishow (2011).
  • ANR Programme Blanc 2010 " Contrôle optique du mouvement et de l'organisation de nanoparticules (COME-ON) " . Coordinateur : C. Fiorini-Debuisschert (2010-2013).
  • Fonds de Recherche France-Canada 2010 "Spectroscopy and photomanipulation of functionalized nanoparticles". Coordinateurs : E. Ishow (France) et François Lagugné-Labarthet (Canada- Ontario) (2010-2012).

PUBLICATIONS:

 

2010- / 2010-2005 / 2005-2000 / 2000-1995

 

2012

  • Proc. SPIE-Int. Soc Opt. Eng. , 8464, 1-8, 2012
    A.Faucon, R. Lenk, J. Hemez, E. Gautron, J. Fresnais, J.-F. Berret, Eléna Ishow
    Organic nanoparticles as a central plateform of magnetofluorescent nano-assemblies toward two-photon bioimaging applications.
  • J. Photochem. Photobiol. A , 234 (SI), 27-36, 2012
    E. Ishow, R. Guillot, G. Buntinx, O. Poizat
    Photoinduced intramo lecular charge-transfer dynamics of a red-emitting dicyanovinyl-based triarylamine dye in solution
  • Chem. Eur. J., 18 (12), 3706-3720, 2012
    A. Jacquart, R. M. Willams, A. M. Brouwer, E. Ishow
    Decoupling fluorescence and photochromism in bifunctional azo derivatives for bulk emissive structures.
  • Chem. Phys. Chem.13 (4), 946-951, 2012
    A. Gaiaduk, M. Yorulmaz, E. Ishow, M. Orrit
    Absorption, luminescence, and sizing of organic dye nanoparticles and of patterns formed upon dewetting.
  • Phys. Chem. Chem. Phys., 14 , 2599-2605, 2012
    L. Ordronneau, V. Aubert, R. Métivier, E. Ishow, J. Boixel, K. Nakatani, F. Ibersienne, D. Hammoutène, A. Bouccekkine, H. Le Bozec, V. Guerchais
    Tunable Double Photochromism of a Family of Bis-DTE Bipyridine Ligands and their Dipolar Zn Complexes
  • Dyes and Pigments, 92, 790-797, 2012
    A. Jacquart, E. Morin, F. Yang, B. Geffroy, E. Ishow
    Insfluence of extrinsic and intrinsic parameters onto the formation of surface relief gratings in polar azo molecular glasses.

2011

  • Phys. Chem. Chem. Phys., 13, 13268–13276, 2011
    M. Breton, G. Prével, J.-F. Audibert, R. Pansu, P. Tauc, B. Le Pioufle, O. Français, J. Fresnais, J.-F. Berret, E. Ishow
    Solvatochromic dissociation of non-covalent ? uorescent organicnanoparticles upon cell internalization.

2010

  • Chem. Phys. Lett., 498 , 277-280, 2010
    E. Piovesan, L. De Boni, E. Ishow, C. R. Mendonça
    Two-photon absorption properties of a nocel class of triarylamine compounds.
  • J. Appl. Phys. , 108 , 064509-064514, 2010
    S. Forget, S. Chenais, D. Tondelier, B. Geffroy, I. Gozhyk, M. Lebental, E. Ishow
    Red-emitting fluorescent organic light emitting diodes with low sensitivity to self-quenching.
  • Chem. Commun. 46 , 4360-4362, 2010
    A. Jacquart, R. B. Pansu, P. Tauc, E. Ishow
    Tunable Emissive Thin Films through ICT Photodisruption of Nitro-Substituted Triarylamines.

2009

  • Inorg. Chem., 48 (24), 11865-11870, 2009
    G. Izzet, E. Ishow, J. Delaire, C. Afonso, J.-C Tabet, A. Proust
    Photochemical activation of an azido manganese-monosubstituted Kedggin polyoxometalate: on the road to a Mn(V)-nitrido derivative.
  • J. Mater. Chem., 19 (47), 8999-8905, 2009 (inside cover)
    A. Jacquart, P. Tauc, K. Nakatani, E. Ishow
    Formation of fluorescence reliefs photocontrolled by collective mass migration.
  • Small, 5 (22), 2533-2536, 2009
    J. Fresnais, E. Ishow, O. Sandre, J.-F Berret
    Electrostatic co-assembly of magnetic nanoparticles and fluorescent nanospheres: a versatile approach toward bimodal nanorods.
  • Appl. Phys. Lett., 95 , 033305-033308, 2009
    H. Rabbani-Haghighi, S. Forget, S. Chénais, A. Siove, M.-C. Castex, E. Ishow
    Laser operation in non-doped thin films made of a small-molecule organic red-emitter.
  • New J. Chem ., 33 (6), 1402-1408, 2009
    L.-H. Liu, K. Nakatani, E. Ishow
    Synthesis and photophysical studies of a highly fluorescent azo derivative.
  • Adv. Funct. Mater. , 19 (5), 796-804, 2009 (VIP)
    E. Ishow, R. Camacho-Aguilera, J. Guérin, A. Brosseau, K. Nakatani
    Spontaneous formation of complex periodic superstructures under high interferential illumination of small molecule-based photochromic materials.
  • New J. Chem. , 33 (6), 1320-1323, 2009
    V. Aubert, E. Ishow, F. Ibersiene, A. Boucekkine, L. Toupet, R.Métivier, K. Nakatani, J. A. G.Williams, V. Guerchais, H. Le Bozec
    A "reverse interruptor": novel molecular design of a fluorescent photochromic DTE-based bipyridine.

2008

  • Chem. Mater., 20 (21), 6597-6599, 2008
    E. Ishow, A. Brosseau, G. Clavier, K. Nakatani, P. Tauc, C. Fiorini-Debuisschert, S. Neveu, O. Sandre, A. Léaustic
    Multicolor emission of small molecule-based amorphous thin films and nanoparticles with a single excitation wavelength.
  • Angew. Chem. Int. Ed. , 47 (3), 577-580, 2008
    V. Aubert, V. Guerchais, E. Ishow, K. Hoang-Thi, I. Ledoux, K. Nakatani, H. Le Bozec
    Efficient photoswitching of the nonlinear optical properties of dipolar photochromic zinc(II) complexes .

2007

  • J. Am. Chem. Soc. , 129 (29), 8970-8971, 2007
    E. Ishow, A. Brosseau, G. Clavier, K. Nakatani, R. P. Pansu, D. Chauvat, E. Piovesan, C. Mendonça
    Two-photon fluorescent holographic rewritable patterning.
  • Adv. Mater. , 19 (3), 433-436, 2007
    L.-H. Liu, K. Nakatani, R. Pansu, J.-J. Vachon, P. Tauc, E. Ishow
    Fluorescence patterning by photoinduced migration of squaraine-functionalized azo derivatives .

2006

  • Macromolecules , 39 (23), 7854-7858, 2006
    E. Ishow, J. Bouffard, Y. Kim, T. Swager
    Anthryl-based poly(phenylene ethynylene)s: tuning optical properties with diels-alder reactions.
  • Adv. Func. Mater. , 16 (17), 2252-2262, 2006
    S. Bidault, L. Viau, O. Maury, S. Brasselet, J. Zyss, E. Ishow, K. Nakatani, H. Le Bozec
    Optically tunable nonlinearities in polymers based on photoisomerizable metal-based coordination complexes.
  • Eur. J. Inorg. Chem, (17), 3489-3497, 2006
    N. Faux, F. R. L. Guen, P. Le Poul, B. Caro, K. Nakatani, E. Ishow, S. Golhen
    Synthesis and NLO properties of 4-(4H-chalcogenopyran-4-ylidene and 4H-chalcogenochromen-4-ylidene)- 1-(phenylthio)but-2-enylidene complexes - Electronic influence of the carbene fragment.
  • Chem. Mater. , 18 (5), 1261-1267, 2006
    E. Ishow, B. Lebon, Y. He, X. Wang, L. Bouteiller, L. Galmiche, K. Nakatani
    Structural and photoisomerization cross studies of polar photochromic monomeric glasses forming surface relief gratings.
  • ChemPhysChem. , 7(3), 644-657, 2006
    L. Viau, I. Malkowsky, K. Costuas, S. Boulin, L. Toupet, E. Ishow, K. Nakatani, O. Maury, H. Le Bozec
    Photoisomerizable bipyridine ligands and macroligands: Absorption, photoisomerization properties and theoretical study.

2005

  • Proc. SPIE-Int. Soc Opt. Eng. , 5935, 28-37, 2005
    E. Ishow, L. Mager, G. Versini, F. Huber, J. A. Delaire, A. Fort, K. Nakatani
    Photoactive monomeric amorphous materials for second-order nonlinear optical applications.
  • J. Organomet. Chem. , 690 (21-22), 4892-4988, 2005
    N. Faux, B. Caro, F. R. L. Guen, P. Le Poul, K. Nakatani, E. Ishow
    G amma-methylene chalcogenapyrans and benzopyrans as proaromatic donors in "push-pull" Fischer type carbene complexes: Influences of chalcogen atom and chain length on the electronic and NLO properties of these molecules.
  • New. J. Chem. , 29 (3) , 439-446, 2005
    M. Giraud, A. Léaustic, M.F. Charlot, P. Yu, M. Césario, C. Philouze, R. Pansu, K. Nakatani, E. Ishow
    Synthesis and Photochromism of two new 1,2-bis(thiazolyperfluorocyclopentenes with chelating sites .


2004


2003

  • Photochem. Photobiol. Sci. , 2 (3), 195-202, 2003
    Feneyrou, F. Soyer, P. LeBarny, E. Ishow, M. Sliwa, J. A. Delaire
    Photochromic compounds as optical limiters in the nanosecond time range: the example of mercury dithizonate complex.
  • E. Ishow, K. Nakatani, J. A. Delaire, L. Qiu, Organic Nanophotonics in NATO Science Series: II: Mathem atics, Physics and Chemistry, ed. F. Charra, V. Agranovich, F. Kazjar, Kluwer Academic Publishers, vol. 100, 475, 2003 .
    Novel monomeric amorphous material for second-order NLO: the low-molecular-weight organic glasses


2002

  • J. Opt. A: Pure Appl. Opt. , 4 (6), S197-S201, 2002
    E. Ishow, Q. Ling, J. A. Delaire, K. Nakatani
    A molecular photostirrer for poling non-linear optical chromophores in a polymer matrix.
  • J. A. Delaire, E. Ishow, K. Nakatani, in Photoreactive organic thin films , ed.
    S. Sekkat and W. Knoll, Elsevier Science, 305, 2002 .
    Photoassisted poling and photoswitching of NLO properties of spiropyrans and other photochromic molecules in polymers and crystals.
  • J. Am. Chem. Soc. , 124 (43), 12786-12795, 2002
    R. Ballardini, V. Balzani, M. Clemente-León, A. Credi, M.T. Gandolfi, E. Ishow, J. Perkins, J. F. Stoddart, H. R. Tseng, S. Wenger
    Assembled/disassembled by two different external inputs. Toward molecular-level electrical extension cables.


2000

  • Chem. Eur. J. , 6 (19), 3558-3574, 2000
    P. R. Ashton, R. Ballardini, V. Balzani, A. Credi, K. Ruprecht Dress, E. Ishow, C. J. Kleverlaan, O. Kocian, J. A. Preece, N. Preece, N. Spencer, J. F. Stoddart, M. Venturi, S. Wenger
    Molecular meccano, Part 61: a photochemically driven molecular-level abacus.


1999

  • Chem. Eur. J. , 5 (3), 984-989, 1999
    E. Ishow, A. Credi, V. Balzani, F. Spadola, L. Mandolini
    A molecular-level plug-socket system : electronic energy transfer form a binaphtyl unit incorporated into a crown ether to an anthracenyl unit linked to an ammonium ion
  • Inorg. Chem. , 38 (7), 2402-2410, 1999
    C. Chiorboli, F. Scandola, E. Ishow, A. Gourdon, J. P. Launay
    Photophysics of dinuclear Ru(II) and Os(II) complexes based on tetrapyrido[3,2-a:2',3'-c:3",3"-h:2"',3"'-j]phenazine(tpphz) bridging ligand.
  • Inorg. Chem. , 38 (7), 1504-1510 1999
    E. Ishow, A. Gourdon, J. P. Launay, C. Chiorboli, F. Scandola
    Synthesis, mass spectrometry and spectroscopic properties of a dinuclear complex comprising a 20-A long fully aromatic bridging ligand.

 

1998

  • Inorg. Chem. , 37, 3603-3609, 1998
    E. Ishow, A. Gourdon, J. P. Launay, P. Lecante, M. Verelst, C. Chiorboli, F. Scandola, C. Bignozzi
    Tetranuclear tetrapyrido[3,2-a:2',3'-c:3”,3”-h:2”',3”'-j]phenazine ruthenium complex: synthesis, wide-angle X-ray scattering and photophysical studies.
  • Chem. Commun , (17), 1909-1910, 1998
    E. Ishow, A. Gourdon, J. P. Launay
    Observation of supramolecular p-p dimerization of a dinuclear ruthenium complex by 1 H NMR and ESMS.


1996

  • Inorg. Chem. , 35 (10), 2937-2934, 1996
    J. Bolger, A. Gourdon, E. Ishow, J. P. Launay
    Mononuclear and dinuclear tetrapyrido[3,2-a:2',3'-c:3",3"-h:2"',3"'-j]phenazine (tpphz)ruthenium and osmium complexes.


1995

  • J. Chem. Soc. Chem. Commun. , (17), 1799-1800, 1995
    J. Bolger, A. Gourdon, E. Ishow, J. P. Launay
    Stepwise syntheses of mono- and dinuclear ruthenium tpphz complexes [(bpy) 2 Ru(tpphz)] 2+ and [(bpy) 2 Ru(tpphz)Ru(bpy) 2 ] 2+ {tpphz = tetrapyrido[3,2-a:2',3'-c:3",3"-h:2"',3"'-j]phenazine} .

MEMBRES:

ISHOW Eléna

Professeur

FAUCON Adrien

2011-2014

Doctorant

SIMON Olivier

2012-2015

Doctorant

SNELL Kristen

2011-2014

Doctorant

CHARRIER Florian

2012-2013

Master 1

MICHAUD Aurore

2012-2013

Master 1

OFFRES DE STAGE

 

Toutes nos offres sont accessibles via le lien Stages .