Diffraction des Rayons X

Le parc de lignes de diffusion des rayons X du Département des matériaux Organiques est dévolu à l’étude des états mésomorphes de la matière. Le recours à ces montages suit l’observation initiale par microscopie en lumière polarisée qui aura conclu à l’existence de mésophases, et des mesures DSC qui auront permis de dénombrer et de délimiter les domaines mésomorphes. Les diffractogrammes X en température précisent alors la nature des phases, donnent accès à la géométrie des structures et renseignent sur les symétries. La combinaison de ces informations avec les données volumétriques de la dilatométrie rend possible la modélisation de l’organisation moléculaire dans chaque mésophase, et de faire des avancées dans la compréhension de la structure et des transitions.

Ligne de diffraction X aux très petits angles en température

Notre parc d’instruments est constitué de quatre lignes X montées sur des générateurs à tube scellé, équipés de monochromateurs à lames de quartz focalisants. Toutes les lignes fonctionnent avec une détection par écran photo-stimulable, mais la principale est également équipée d’une détection en temps réel avec un compteur multicanal à gaz Inel CPS120. Cette dernière configuration est utilisée pour caractériser l’ensemble des systèmes, pour des distances de Bragg allant de 70 à 2 Å et à des températures entre 20 et 200°C. Ces plages de distances et de température sont suffisantes pour la très large majorité des systèmes. Certains montrent néanmoins des périodicités supérieures à 70 Å, qui requièrent de recourir à des acquisitions sur notre ligne aux très petits angles couvrant l’intervalle 350 à 25 Å. Les deux autres lignes présentent la particularité d’un trajet optique entièrement sous vide adapté aux acquisitions de longue durée, ce qui permet la détection des réflexions de faible intensité comprises entre 80 à 3.3 Å. Elles sont par ailleurs équipées de fours permettant d’atteindre 300°C.
Ces quatre lignes permettent l’acquisition de diffractogrammes de « poudres » (c.à.d. d’échantillons non-orientés, éventuellement liquides) contenues dans des capillaires ou des cuves scellées. Des renseignements complémentaires sur les structures peuvent être obtenus en orientant les échantillons dans un champ ou par une interface. Des fours avec un champ magnétique transversal ou en incidence rasante de goutte ont été développés au laboratoire dans ce but. D’autres méthodes d’alignement plus efficaces sont rendues possibles avec l’accès au rayonnement synchrotron. Pour beaucoup de systèmes, les mesures en configuration GIWAXS sur films minces se sont ainsi révélées complémentaires de celles faites en volume sur nos lignes.

Exemple de diffractogramme poudre de mésophase en température. Cette mesure, réalisée dans une phase colonnaire hexagonale à 200°C, a été extraite de : B. Alameddine, O. F. Aebischer, B. Heinrich, D. Guillon, B. Donnio, T. A. Jenny, « Influence of linear and branched perfluoroalkylated side chains on the p–p stacking behaviour of hexa-peri-hexabenzocoronene and thermotropic properties », Supramolecular Chemistry, (2014), 26, 125-137. dhk correspond aux réflexions (hk) du réseau bidimensionnel, hF et hH sont les maximum de diffusion liés aux distances latérales entres chaînes fluorées et entre chaînes alkyles fondues, h0 et 2h0 sont les distances entre mésogènes et seconds mesogènes empilés en colonnes ; ordonnées et abscisses : comptage du détecteur et angle de Bragg pour une longueur d’onde de 1.5405 Å.

Contact :