Colloque de Plasma-Québec. Recueil des résumés. Plasmas : un domaine de recherche et de formation 22 au 24 mai 2013, Montréal

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1 REGROUPEMENT STRATÉGIQUE EN SCIENCE ET APPLICATIONS DES PLASMAS Colloque de Plasma-Québec Plasmas : un domaine de recherche et de formation 22 au 24 mai 2013, Montréal Recueil des résumés

2 Liste des auteurs AÏssa, B Al Makdessi, G Ajii, A , 2.18 Angleraud, B Antici, P B. de Matos, J Baik, K.Y Bastien, S , 4.2 Beaulieu, S Berk, D Bertrand-Grenier, A , 5.17 Binny, D Bisson, É, Blanchet, P Bodart, P Boisvert, J.S Boivin, M Boivin, R Bongiovanni, D Bouchard, P , 5.4, 5.7, 8.2, 8.8 Boucher, A Bouts, N Bouzid, F Bouzidi, M.C Braidy, N , 4.2 Brihoum, M Brown, C Burgoyne, B Cabral, L Campbell, G Carignan, D Chaker M , 2.6, 2.11, 2.15, 4.4, 5.2, 6.2, 6.4 Châteauneuf, M Chen, Z Cho, G Choi, E.H Clergereaux, R , 5.15 Coïa, C Colonna, P Corbellini, L Côté, C Coudert, J.F Coulombe S Cunge, G Daabous, A Daghrir, R Darnon, M Dawood, M.S Delegan, N Delprat, S , 6.2 Dietrich, P.M Diffalah, N Dipti Dorval, S , 4.4, 5.2 Doucet, F , 5.4, 5.7, 8.2, 8.8 Drogui, P Dubois, J Durocher-Jean, a El Khakani M.A , 5.10, 5.18, 7.3 El Mel A.A El Morsli, M Émond, N , 5.2, 6.4 Faivre, F Ferreira, J , 7.4 Fourmaux, S Fradet, M , 6.3 Gangwae, R.K , 4.5 Gautier, L.A , 7.3 Gherardi, N , 4.5, 7.2 Giguère, M Gillies, D Girard-Lauriault, P.L Gitzhofer F , 5.11 Glesser, M Gnedyuk, S Granier, A Gross, T Haass, M Haddad, É Hadjizadeh, A Haji Abolhassani, A.A Hamady, M , 5.13 Harhira, A Hendaoui, A , 4.4, 5.2, 6.4 Hu, Y Ibrahim, H , 5.16 Iarotsky, L Joubert, O Ka, I Kieffer, J.-C , 8.5, 8.7 Kietzig, A , 5.1 Kilicaslan, A , 5.8 Kim, Y Klemberg-Sapieha, J.E Kosierb, R Krowka, j Kwon, G.C Lacoste, A LaGrange, T Laliberté, M , 5.17 Laramée, A Lassonde, P Le Borgne V , 5.10, 7.3 Le Drogoff, B

3 Liste des auteurs Lebrun, G Lee, G.J Légaré, F , 5.16, 5.17, 8.6 Legras, B Legrand, U Lehr, J Leonelli, R , 2.5 Lerouge, S , 2.18 Levasseur, O , 3.5, 4.5 Levif, P Lister, G.G Long, P Loszach, M Ma, D Maaloul, L MacLeod, J Makasheva, K Maire, M Margot J , 3.2, 5.5, 6.2 Marian, A Martin, F Martinu, L Marushka, V Massines, F Matte, J.P Ménard, D Mendoza González, N.Y Merhant, C Meunier J.-L , 5.9, 5.19 Moreau, A Moisan M , 2.10, 3.5, 5.8 Morandotti. R Naudé, N , 4.5, 7.2 Nikolova, L Otani, K Özcan, L.Ç , 5.4, 5.7 Pargon, E Park, B Park, G Pascone P.A Payeur, S Pépin, H Petit Étienne, C Pfeffer, C.P Pignolet, A Plathier, J Poitras, F Popov, K Posseme, N Prégent, J Profili, J Putnam, R Ramunno, L Rat, V Reed, B Rehse, S.J Riabinina, D Ricolleau, C Rivard, M Rosei, F , 4.3 Rossignol, J Roy-Garofano, V , 3.5 Ruch, D Ruediger, A Sabsabi, M , 5.4, 5.7, 8.2, 8.4, 8.8 Sadeghi, N Said Bacar, Z Sanderson, J Sarkissian A Savoji, H , 2.18 Schmidt, B.E , 8.6 Schmitt, T Sheikh, K Siwick, B Srivastava. R Stafford L , 2.5, 2.7, 2.10, 2.14, 2.19, 2.20, 3.5, 4.5, 5.8, 5.13, 5.15, 6.3, 7.4 Stern, M Tessier, P.Y Théberge, F Therriault, D Thiré, N , 8.6 Thouin, F Torriss, B Trojand, D Uhm, H.S Unger, W.E.S Vallier, L Vandsburger, L Veilleux, J Vidal F , 8.7 Vigne, S Villeneuve, A. Jr Vinchon, P Wales, B Wertheimer M.R , 2.18 Woodman, R Zabeida, O Zamal, H.H

4 Session 1 : Nouveaux membres Résumé 1.1 Exploiting laser micromachining to engineer the wettability of metallic surfaces Anne-Marie Kietzig Biomimetic Surface Engineering Laboratory, Chemical Engineering, McGill University One common feature of many surfaces found in nature is their modular composition often exhibiting roughness on several length scales. Specific influence factors of interest are the surface s chemical composition, its microstructure, its organized or random roughness and hence the resulting surface wetting and adhesion character. One possibility to render all these factors in one single processing step is offered by femtosecond (fs) laser micromachining. Fs-laser pulses are used to machine a controlled surface pattern on the micrometer scale. Simultaneously, the laser irradiation triggers a ripple structure on a smaller scale, which further supports roughness induced wetting behaviour such as seen on several plant leaves. At the same time, the fs-laser pulses initiate a chemical surface reaction on metallic surfaces, which further influences the wetting robustness. The Biomimetic Surface Engineering Lab at McGill studies the contributions of laser parameters and laser plasma interactions in tuning the self-organized surface structure and wettability of the resulting surface. Parameters of interest include the irradiation environment, the average laser power, the sample scanning speed and the scan line overlap. It is shown that by selectively choosing these parameters, the surface chemistry and the surface structure can be adjusted to sustain different wetting states and show any wetting behaviour from superspreading to superhydrophobic. In addition, surfaces with checker, dot and channel pattern of different wettability contrasts were considered in spray deposition studies, which clearly show the influence of the different wettabilities. Furthermore, from a theoretical point of view, geometrical requirements are presented to obtain robust non-wetting behaviour with different distinct surface features created on various materials. A general equation of wettabiliy is proposed which is applicable to all surface features and wetting states. Overall, fs-laser micromachining is suggested as an interesting industrially scalable technique to pattern and fine-tune the surface wettability of a metallic surface to the desired extends in one process step. Possible applications can be seen with metallic surfaces, which require specific wetting, antiwetting, antifouling, antiicing, friction or cell adhesion behaviour. The next challenges are proof-of-concept studies, the scale up of these fundamental ideas to the industrial scale and integrating them into a sustainable life cycle.

5 Session 1 : Nouveaux membres Résumé 1.2 Projection par plasma de suspensions et de solutions : applications et diagnostics Jocelyn Veilleux Département de génie chimique et de génie biotechnologique, Université de Sherbrooke Le développement de matériaux nanostructurés a connu un essor important au cours des dernières années et les revêtements déposés par projection par plasma n y échappent pas. En effet, la réduction de leur structure à l échelle nanométrique apporte de nombreux avantages, notamment pour les barrières thermiques : résistance accrue, réduction de la conductivité thermique et augmentation du coefficient d expansion thermique. Pour bénéficier de ces propriétés améliorées, l injection "classique" d une poudre nanométrique dans la plume plasma à l aide d un gaz porteur s avère inefficace. En effet, la force d injection des particules doit être comparable à celle qui leur sera transférée par le jet plasma; pour une nanoparticule, cela implique un débit du gaz porteur (froid) si élevé qu il perturbe le plasma. Pour éviter ces problèmes, une solution consiste à remplacer le gaz porteur par un liquide porteur, souvent de l éthanol ou de l eau. Selon qu il s agit d une suspension de nanoparticules dans un liquide ou encore de la synthèse en vol des nanoparticules à partir de précurseurs en solution, les procédés sont nommés suspension thermal spraying (STS) et solution precursor thermal spraying (SPTS), respectivement. Dans chacun des cas, l injection de la suspension ou de la solution dans le plasma engendrera une succession de phénomènes qui pourront perturber le plasma : fragmentation de la phase liquide, vaporisation, dissociation et ionisation, combustion (pour des températures < 3000 K), pyrolyse des précurseurs (SPTS) et fusion des nanoparticules. Toutes ces interactions liquide-plasma auront une incidence sur ses propriétés thermodynamiques, lesquelles doivent être connues pour optimiser le procédé de déposition de revêtements nanostructurés. Notamment, le jet de plasma risque de ne plus être axisymétrique et il faut envisager un diagnostic en 3D. Rares sont les études qui s y sont attardées, et celles qui l ont fait se sont limitées à l eau dans une torche DC avec injection radiale. Ainsi, il est proposé d étudier les interactions liquide-plasma lors de l injection axiale d un liquide, d une suspension et d une solution dans une torche RF. Celle-ci offre un meilleur contrôle des gaz plasmagènes (atmosphère contrôlée), une plus grande stabilité du plasma et des vitesses d écoulement réduites qui permettront d améliorer la compréhension des procédés STS et SPTS. Le diagnostic du plasma, dans la zone d interaction, sera effectué par spectroscopie d émission optique et tomographie. D autres méthodes sont aussi envisagées pour les zones «froides».

6 Session 1 : Nouveaux membres Résumé 1.3 Caractérisation chimique de couches minces organiques préparées par plasma: profil chimique en profondeur, dérivation chimique et vieillissement sous atmosphère contrôlée Pierre-Luc Girard-Lauriault 1,2, Paul M. Dietrich 2, Thomas Gross 2, Wolfgang E.S. Unger 2 1 Plasma Processing Laboratory, Département de génie chimique, Université McGill 2 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung, Berlin, Germany Les couches minces organiques préparées par plasma peuvent êtres utilisées dans plusieurs types d applications. La complexité chimique inhérente à ce type de couches est cependant une barrière à leur utilisation. En plus d être complexe, la chimie des matériaux organiques peut varier dans l espace (particulièrement en profondeur) et en fonction du temps (vieillissement). Cette contribution rassemble nos plus récents travaux, dirigés vers une meilleure compréhension de la nature chimique de couches organiques près de la surface. Les interactions entre un matériau et des cellules ou biomolécules dépendent, entre autres, des groupements fonctionnels présents à sa surface. L absence d unité de répétition et la complexité chimique des couches organiques préparées par plasma rendent difficile leur caractérisation par des méthodes spectroscopiques seules. La quantification des groupements fonctionnels se fait donc généralement à l aide de marqueurs chimiques, comme le 4- (trifluoromethyl)benzaldehyde, qui permet de quantifier les amines primaires. L utilisation de cette stratégie comporte cependant une complexité élevée qui a nécessité une étude exhaustive des paramètres expérimentaux dans l objectif de préparer une procédure expérimentale valide. Les principaux éléments de cette procédure sont présentés ici. Un autre élément important de la chimie des couches organique préparées par plasma est leur homogénéité, principalement selon l axe z (profondeur) très près de la surface. Nous avons développé une nouvelle stratégie de caractérisation par spectroscopie des photoélectrons-x (XPS) qui implique la radiation synchrotron et permet d obtenir de l information sur les variations de composition chimiques, très près de la surface. Cette technique d analyse chimique a été utilisée pour caractériser diverses couches organiques déposées par plasma ainsi que pour l évaluation de l homogénéité de la procédure de dérivation chimique par 4-(trifluorométhyl) benzaldéhyde. L oxydation de surfaces traitées ou préparées par plasma suivant leur exposition à l air, couramment désignée «vieillissement», est un phénomène bien documenté. Cet effet est partiellement attribué à la présence de radicaux libres à la surface qui peuvent réagir avec des composantes de l air ambiant, comme l oxygène, la vapeur d eau ou le CO 2. Dans l objectif de mieux comprendre le phénomène, nous avons caractérisé, sur une période de 345 jours, le vieillissement de couches minces organiques préparées par plasma entreposées dans quatre différentes conditions ambiances : i) à température ambiante dans l air ii) à température ambiante dans l azote, iii) à -20 o C dans l air et iv) à -20 o C and l azote. Il a été déterminé que l entreposage à -20 o C a ralenti le vieillissement jusqu'à des niveaux indétectables par les méthodes analytiques utilisées dans notre étude (XPS et ToF-SIMS).

7 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.1 Rôle des réactions de surface hétérogènes sur les populations d atomes de O et N dans des post-décharges de N 2 /O 2 PRÉGENT, Julien, CARIGNAN, Denis, LEVIF, Pierre, MOISAN, Michel, STAFFORD, Luc Université de Montréal The number density of N and O atoms in the flowing afterglow of a reduced-pressure N 2 /O 2 plasma sustained by propagating electromagnetic surface wave in the microwave regime was determined using a NO titration method. While the densiy of O atoms increased monotonously with increasing percentage of O2 in the N 2 /O 2 gas mixture, the N population first increased with trace amounts of O 2 and then decreased as the concentration of O 2 increased above ~0.1 %. Introduction of either Teflon, aluminum, stainless steel, or copper surfaces in the afterglow chamber influenced both N and O populations. The more prominent decrease was observed for Cu; a result consistent with the high heterogeneous recombination coefficient of O and N atoms on such surfaces. For all materials, the O-to-N number density ratio increased sharply with the addition of O 2, suggesting either a competition for surface recombination sites between N and O or the blocking of adsorption sites by physisorbed O 2. This latter mechanism affects more N than O recombination. A similar behavior was deduced from the analysis of the NO-B and N 2 -B emission. Assuming that NO-B levels are populated by N+O+M->NO-B+M and N 2 -B levels by N+N+M->N 2 -B+M, where M is a third body, the NO-B/N 2 -B emission intensity ratio becomes proportional to the O/N number density ratio. Over the range of experimental conditions investigated, we found that the ratio increased with the injection of O 2 in N 2. A less prominent increase was observed in presence of wood samples placed in the afterglow chamber, which indicates that O heterogeneous recombination reactions are more strongly affected by reactor walls or substrate properties.

8 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.2 Inductively Coupled Plasma Etching of silver tips prepared by electrochemical reaction for STM Zabardjade Said Bacar, Nordine Diffalah and Andreas Ruediger INRS-Énergie, Matériaux et Télécommunications Scanning tunnelling microscopy (STM) relies on a chemically stable metallic tip scanning in close proximity to a surface. We adapted an electrochemical tips etching procedure [1] to achieve silver tips with typical tip curvatures far below 100 nm. Our STM scans under ambient conditions indicate a passivation layer on the tips that introduces artefacts upon scanning. These adsorbates (chemisorbates and physisorbates) increase the tunnel barrier that in consequence reduces the STM image quality. In this work, we present results on Inductively Coupled Plasma (ICP) etching, using argon plasma in order to improve the tip quality. The effect of etching parameters such as RF power, gas flow and the chamber pressure on the etching rate and the surface quality of the tip is monitored. STM scans eventually confirm the improved silver surface quality. The ultimate goal is the use of these silver tips for tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) under stable feedback operation. [1] K. Dickmann, F. Demming, and J. Jersch, New etching procedure for silver scanning tunneling microscopy tips, Rev. Sci. Instrum. 67 (1996)

9 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.3 Ion bombardment characteristics of an end-hall ion source used for IAD of optical films with controlled mechanical properties V. Marushka, T. Schmitt, O. Zabeida, J.E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu École Polytechnique de Montréal Electron beam ion assisted deposition (IAD) is widely used for the fabrication of optical coatings. Ion bombardment of the growing films allows one to control their microstructure and hence their optical and mechanical properties. In the present work, using a pilot box coater system, we performed a detailed characterization of an end-hall ion source and specified its optimum operation regimes. In particular, we report the ion beam current density, J, and the ion energy distribution functions (IEDF) as a function of the angle, θ, from the source axis. We show that J(θ) predictably follows a Cos n (θ) rule with n = 1-2, depending on the gas nature and the gas flow. The behavior of the IEDFs is more complex: it systematically exhibits a bimodal distribution, and it remains almost unchanged for θ < 60. For higher angles, rapid decrease in the amplitude of the high-energy peak leads to a substantial decrease of the average ion energy. It implies that the position and orientation of the ion source inside the vacuum chamber with respect to the sample holder is a critical parameter. We have systematically evaluated the mechanical properties of single and double layers formed by SiO 2 and TiO 2 films; this including microhardness, H, Young s modulus, E, and the residual stress, σ. We have also evaluated the evolution of the film stress as a function of time, σ(t), during the film growth, during the samples exposure to the atmosphere, and during long-term storage. Particularly, we have established a close correlation between the film stress under dry and humid air conditions and level of ion bombardment.

10 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.4 Plasma Frequency Influence on Nanoparticles Deposition by Atmospheric Pressure DBD J. B. de Matos, D. Riabinina and M. Chaker INRS-Énergie, Matériaux et Télécommunications The dielectric barrier discharge (DBD) is a classical source of the nonthermal plasma at atmospheric pressure. Nowadays DBD is also recognized as a potentially promising tool for atmospheric pressure plasma enhanced chemical vapor deposition (AP PECVD) of thin films on various substrates. Nanostructured and nanocomposite coatings are drawing increased scientific attention due to their novel and enhanced mechanical, structural and functional properties. The deposition of such coatings for industrialscale applications requires the use of a low-cost atmospheric pressure deposition method. In addition, the deposition of nanostructured coatings using existing commercial nano-powders requires a lowtemperature operation in order to preserve the structural and functional properties of incorporated nanoparticles during the deposition process. Due to its low-temperature atmospheric pressure operational mode, DBD plasma deposition technique is therefore an excellent candidate for synthesis of uniform nanostructured coatings with controlled functionalities at industrial scale. In this work, we deposited nanostructured silica-like films containing TiO 2 nanoparticles using doubleinjection DBD deposition technique. The parallel injection of an organosilicon precursor (TEOS) and TiO 2 nanoparticles suspension in isopropanol allowed deposition of nanostructured core-shell TiO 2 /silica -like films. We investigated the influence of plasma frequency varied from 20 to 100 khz on structural properties and chemical composition of deposited films. We clearly demonstrated that plasma treatment does not affect neither size nor functional properties of TiO 2 nanoparticles. The chemical composition of the silica-like coating was found to be influenced by plasma frequency.

11 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.5 Caractérisation électrique de la post-décharge en flux d un plasma micro-onde d azote à basse pression J. Ferreira, L. Stafford, and R. Leonelli Département de Physique, Université de Montréal There has been an increasing interest in the use of flowing afterglows in N 2 /O 2 gas mixtures for the modification of heat-sensitive materials such as polymers for various technological applications. In such processes, a number of active plasma species can influence the process dynamics, in particular the UV photons emanating from N 2 and NO, the N 2 metastables, the N and O atoms, and the charged particles (electrons and ions). In this work, an electric probe was injected in the flowing afterglow of a 30 W, N 2 plasma at 4 Torr sustained in a 6 mm diameter quartz discharge tube by an electromagnetic surface wave at 2450 MHz to analyze the electron and ion populations near the substrate located in a stainless steel processing chamber. At negative voltages with respect to the afterglow, both ions and electrons contribute to the measured current such that the electron energy probability function (EEPF) can be obtained from the electron current (after substraction of the ion contribution). Analysis of the electron current as a function of gas flow between 25 sccm and 500 sccm revealed a Maxwellian EEPF characterized by a nearly constant electron temperature of 3±0.5 ev. As for the electron current near the afterglow potential, it was found to increase with the gas flow, to reach a maximum at ~200 sccm and then to decrease at higher gas flows. This behavior was ascribed to the transport of the pink afterglow from the plasma region to the processing region; a feature confirmed by the evolution of the plasma emission. A similar dependence was observed for the ion current. On the other hand, for voltages higher than the afterglow potential where only electrons can be detected, the electron current was found to first increase and then saturate at higher voltages. Assuming that over the range of experimental conditions investigated the electron current becomes limited by the electron mobility in the applied electric field, it can be concluded that a strong electron depopulation of the flowing afterglow region occurs at higher voltages. A similar depopulation dynamics was obserbed for all gas flows examined.

12 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.6 Synthèse et caractérisation de couches minces de VO 2 par pulvérisation magnétron RF réactive S. Dorval 1,2, A. Hendaoui 1, A. Lacoste 2, M. Chaker 1 1 INRS-Énergie, Matériaux et Télécommunications 2 Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC), Centre National de la Recherche Scientifique, Université Joseph Fourier, Institut National Polytechnique de Grenoble Les matériaux intelligents ont la capacité de répondre aux stimulations et aux changements qui se produisent dans l environnement, puis d activer leurs fonctions correspondantes. Afin d incorporer les matériaux intelligents avec succès dans diverses dispositifs à l échelle industrielle, ils doivent, d une part, avoir des propriétés bien définies en fonction de l application visée et, d autre part, pouvoir être produits à grande échelle. En effet, la production de dispositifs à base de matériaux intelligents en grand nombre sur de grandes surfaces permet d avoir un faible coût de production, assurant ainsi un bon positionnement en termes de compétitivité. Cette étude concerne l élaboration de couches minces de matériaux thermochromiques et, en particulier, du dioxyde de vanadium (VO 2 ) sur de grandes surfaces pour diverses applications en technologie de pointe en utilisant pulvérisation magnétron RF réactive. Cette méthode consiste en la polarisation RF d une cathode métallique (vanadium) et l utilisation d un gaz plasmagène (mélange argon-oxygène dans le cas présent). Le vanadium pulvérisé réagira avec l oxygène se trouvant dans la chambre pour être par la suite collecté sur un substrat sous la forme d oxyde de vanadium VOx. Une limitation de cette technique est l empoisonnement de la cible par l oxygène, d où la nécessité d opérer dans un régime de cible conditionnée, c est-à-dire dans un mode d empoisonnement stable après avoir conditionné la cible. Pour cela, il a été nécessaire d étudier l évolution temporelle de la formation de diverses oxydes de vanadium sur la surface de la cible lorsqu elle est en contact avec de l oxygène au cours du processus de pulvérisation afin d identifier les conditions permettant d atteindre un équilibre entre l empoisonnement et la vitesse d érosion de la cible et, par conséquent, maîtriser le procédé. Les propriétés structurales, électriques et optiques des couches minces de VOx ont été étudiées, respectivement, par diffraction des rayons X, la méthode quatre pointes et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Les mesures de diffraction des rayons X montrent que les paramètres optimisés produisent une couche mince polycristalline de VO 2 monoclinique avec une orientation préférentielle selon les plans (011). L intervalle de température nécessaire pour effectuer la transition de phase est de 15 C, et le rapport de résistivité entre la phase semiconductrice et métallique atteint trois ordres de grandeur, présentant une largeur d hystérésis de 10 C. La caractérisation FTIR en réflexion montre une efficacité de changement de phase semiconducteur-métal de ces couches minces de VO 2 de 63 % à 8.5 µm. L approche adoptée au cours de ce travail nous a permis de développer un procédé très prometteur pour la production à grande échelle de couches minces de VO 2 de grande qualité.

13 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.7 Role of the HMDSO and TTIP precursors in He plasmas used for the deposition of thin coatings on wood substrates O. Levasseur 1, J. Profili 2, N. Naudé 2,3, N. Gherardi 2,3 and L. Stafford 1 1-Département de Physique, Université de Montréal 2-Université de Toulouse, UPS, INPT, LAPLACE, Toulouse 3-CNRS, LAPLACE, Toulouse Dielectric barrier discharges (DBDs) at atmospheric-pressure were widely studied for their compatibility with heat-sensitive polymers whether to modify their surface properties or to deposit thin coatings. We have previously explored the potential of plane-to-plane DBDs for the functionalization of wood surfaces following their exposure to either He/HMDSO (hexamethyldisiloxane) or N 2 /HMDSO plasmas. In both cases, highly hydrophobic wood surfaces with an excellent dimensional stability could be achieved. Our results further revealed the importance of wood outgassing on the formation dynamics of a hydrophilic interfacial layer, which could be beneficial to improve adhesion or barrier properties. More recently, we have started investigations of He/TTIP (titanium isopropoxide) plasmas with the objective of growing either thin film heterostructures, copolymers, or nanocomposites through the use of both HMDSO and TTIP precursors. In this work, we analyze the influence of the concentration of either HMDSO or TTIP on the discharge properties through both current-voltage (I-V) characteristics and optical emission spectroscopy (OES). In order to circumvent possible wood outgassing effects, experiments were performed with a standard glass plate placed on the bottom electrode. For He/HMDSO plasmas, I-V characteristics revealed a transition from homogeneous to filamentary discharge for concentrations over 100 ppm. Moreover, the dissipated power in the discharge went from 0.30 W/cm 3 in the case of a pure He plasma to 0.15 W/cm 3 after addition of 133ppm of HMDSO. Detailed analysis of OES spectra indicated that the He I 588 nm to He I 707 nm line-intensity ratio increased with increasing HMDSO concentration; a behavior ascribed to an increase of the average electron energy. Further analysis of the 707 nm line intensities also indicated a decrease of the number density of He metastable atoms in presence of HMDSO due the high collisional quenching rate of HMDSO molecules. This strong reduction of the He metastables density can probably explain the observed homogeneous to filamentary discharge transition. Similar studies will be performed to compare the influence of TTIP addition in the nominally pure He plasma as well as the combined role of TTIP and HMDSO.

14 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.8 Sensing of Fatigue Damage of Glass/Epoxy Composites using Multi-Walled Carbon Nanotubes Materials Hasna Hena Zamal 1, Brahim Aïssa 1, Daniel Therriault 2, Federico Rosei 1 1 Institut National de la Recherche Scientifique. Énergie, Matériaux et Télécommunications 2 Center for Applied Research on Polymers (CREPEC). École polytechnique de Montréal A small percentage of multi-walled carbon-nanotube (MWCNT) fillers are added to the insulating glass/epoxy composites to make a conductive percolation network inside the matrix. These conductive MWCNTs network serves as an excellent candidate for in-situ structural sensing for aerospace applications. The MWCNTs were first dispersed into the host matrix before fabricating the laminate glass/epoxy composite part by autoclave molding. Appropriate metal electrodes were then deposited into different locations on the laminate for measuring the electrical transport properties. The glass/epoxy/mwcnt composite laminates specimens were systematically subjected to mechanical fatigue loading with varying number of cycles, and the changes in terms of electrical resistances of the composite were measured at the same time. We have observed that MWCNT materials can be efficiently used as an in-situ damages sensor where the electrical resistances respond effectively to the various extents of fatigue damages.

15 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.9 Capteurs de gaz à transduction micro-onde utilisant des nanoparticules de carbone U. Legrand, J-L. Meunier, J. Rossignol, P-A. Pascone Département de Génie Chimique, Université McGill Institut Carnot de Bourgogne, Université de Bourgogne, Dijon, France La détection de polluants atmosphériques est primordiale dans les enjeux environnementaux et sanitaires. C est le cas de l ammoniac, gaz toxique à faible dose, produit en énormes quantités, puis transformé pour obtenir des engrais, de l acide nitrique, de l hydrazine, par exemple. C est dans ce sens que s est développée cette collaboration entre laboratoires français et québécois. Il s agit d utiliser les nanotubes de carbone, ainsi que les nanoflocons de graphène synthétisés au sein de l Université McGill comme matériaux sensibles au gaz à déposer sur des antennes micro-ondes, développées à l Université de Bourgogne. Le dispositif de mesure de détection de gaz se situe à l Université de Bourgogne. Les nanotubes de carbone synthétisés dans le laboratoire ont été amplement étudiés et caractérisés, ce qui n est pas le cas des nanoflocons de graphène. Par différents moyens de caractérisation, tels que la microscopie électronique, l analyse thermogravimétrique, la spectroscopie Raman, et la diffraction de rayons X, les différentes propriétés de tailles et de cristallinité des nanoflocons en nanopoudre sont déterminés. Le comportement des nanoflocons en suspension est aussi étudié par analyse de diffusion dynamique de la lumière, mesure du potentiel zêta, et spectroscopie UV-Visible. Une meilleure connaissance des propriétés des nanoflocons permet de mieux appréhender leur comportement dans les applications envisagées. Préalablement dispersés en nanofluide et mélangés à une solution de PMMA (polyméthacrylate de méthyle), les nanotubes de carbone et les nanoflocons de graphène sont déposés sur les antennes micro-ondes par spin coating. L épaisseur des couches minces est contrôlée par profilométrie, avec pour objectif d obtenir une épaisseur constante de l ordre de 1 µm, épaisseur pour laquelle la réponse du capteur de gaz est optimale. Les résultats attendus de détection de gaz permettront de comparer la sensibilité et sélectivité en fonction du type de nanoparticule de carbone utilisée. Références : R. Pristavita, J.-L. Meunier, D. Berk, Carbon Nano-Flakes Produced by an Inductively Coupled Thermal Plasma System for Catalyst Applications Plasma Chem Plasma Process (2011) Carole E. Baddour Direct growth of Carbon Nanotubes on Metal Surfaces without an External Catalyst and Nanocomposite Production PhD Thesis, 2010 G. Barochi, J. Rossignol, M. Bouvet, Development of microwave gas sensors Sensors and Actuators (2011)

16 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.10 Development and characterization of a new microwave plasma source in contact with liquids L. Stafford, A. Boucher, L. Iarotsky, M. Hamady, M. Moisan Université de Montréal During the last decade, cold, atmospheric-pressure plasmas in or in contact with liquids have received a lot of attention in view of their considerable environmental and medical applications. The simultaneous generation of intense UV emission, shock waves, and active radicals makes these complex media particularly suitable for decontamination, sterilization, and purification purposes. Most studies reported in literature have focused on streamer propagation mechanisms, spark formation dynamics, and thermal characterization, while only a limited amount of work has connected these physical processes to chemical reactions. In addition, most reactors are based on pulsed DC or khz electrical stimulation. We have recently developed a new atmospheric-pressure plasma source generated in a 6 mm quartz discharge tube by a propagating electromagnetic surface wave in the microwave regime (2450 MHz). Such plasmas are characterized by much higher charged particles and are thus likely to yield much higher number densities of radicals inside the liquid. In our experimental set-up, the interaction time with the liquid can be controlled by adjusting the penetration depth through a judicious control of the injected power such that the plasma remains on within the off liquid treatment times. Preliminary investigations by optical imaging and optical emission spectroscopy of the discharge with flowing Ar gas in contact with water will be presented as a function of gas flow and injected power.

17 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.11 Optimisation de la gravure nanométrique du Quartz par plasma pour la fabrication de masques de phase P. Vinchon 1, B. Le Drogoff 1, S. Delprat 1, P. Long 2, M.Chaker 1 1 Laboratoire de Micro et Nanofabrication (LMN) /INRS-EMT 2 O/E Land Inc. - Lassalle (Canada) L utilisation de Masques de Phase est de nos jours la technique la plus couramment utilisée pour l inscription de réseaux de Bragg (RDB) dans les fibres optiques qui sont communément utilisées en télécommunication et dans les systèmes de détection. Cette méthode utilise les propriétés diffractives d un réseau (pas typique 1 µm) inscrit en relief (profondeur de l ordre de 200 nm) dans un masque de Quartz transparent afin de générer un patron d'interférence par diffraction d un faisceau laser incident (Figure 1). Ce sont ces motifs nanométriques qui contrôlent l atténuation de la diffraction de l intensité laser dans l ordre 0 et l uniformité de l intensité du patron d interférence qui imprime un changement d indice dans la fibre optique. Figure 1: Impression d'un RDB sur une fibre op que via les interférences des ordres +/ 1 La gravure du Quartz par plasma, pour la définition de ces motifs nanométriques, est donc une étape cruciale dans la fabrication des masques de phase. L objectif recherché est d obtenir des profils de gravure verticaux, un excellent contrôle sur les profondeurs de gravure, ainsi qu une faible rugosité des surfaces gravées. Pour ce faire, une série d expériences de gravure du Quartz par plasma de CF 4 a été menée sur un système de gravure ICP-RIE (Oxford PlasmaLab ICP380) permettant un contrôle indépendant de la densité et de l énergie des ions. Les influences respectives des paramètres plasma, tels que la puissance ICP, la pression, la puissance RF et la dilution de CF 4 dans de l hélium, sur les profils et les vitesses de gravure (caractérisés par SEM et AFM) seront présentés. Un procédé anisotrope, optimisé pour obtenir un contrôle extrêmement précis des profondeurs de gravure (avec une vitesse de gravure aussi basse que ~ 10 nm/min), sera également exposé.

18 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.12 Caractérisation d'une décharge à barrière diélectrique dans l'hélium à pression atmosphérique à 13,56MHz Jean-Sébastien Boisvert 1, Joëlle Margot 1 et Françoise Massines 2 1 Université de Montréal 2 Laboratoire PROMES, Université de Perpignan L'étude des décharges à pression atmosphérique a attiré beaucoup d'attention récemment. Ce qui est, entre autres, dû au fait que le traitement de surface à grande échelle soit grandement optimisé par l'utilisation de réacteurs ne nécessitant pas de système de pompage à vide. Dans le cas des décharges à barrière diélectrique, qui sont des décharges capacitives pour lesquelles les électrodes sont couvertes d'un diélectrique, il est connu depuis longtemps que la présence du diélectrique permet de prévenir le passage à l'arc à basse fréquence. Cependant, il n'est habituellement pas nécessaire de couvrir les électrodes de diélectriques lorsqu'on utilise des fréquences radio pour alimenter la décharge. C'est pourquoi la connaissance est encore plutôt limitée dans cette région du spectre. En soumettant la fréquence radio d'alimentation à de basses pulsations (à moins de 30 Hz) nous avons pu étudier les premiers instants de la décharge. Nous avons utilisé la spectroscopie d'émission à grande résolution temporelle pour détecter la fluctuation des espèces tout au long d'une décharge. Comme les métastables de l'hélium ont une durée de vie de l'ordre des microsecondes, ce sont les premières oscillations de la tension qui permettent l'accumulation de la charge. D'ailleurs, c'est probablement ce qui explique qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser un mélange de Penning pour ioniser le gaz, contrairement à une décharge diffuse à pression atmosphérique dans le domaine des kilohertz. De plus, les mesures de courant et de tension indiquent qu'au cours d'une décharge, le courant et la tension se stabilisent après une vingtaine de microsecondes. Par contre, les mesures spectroscopiques semblent indiquer que la quantité d'impuretés dans la décharge ne se stabilise qu'après plusieurs millisecondes.

19 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.13 Magnetoelectric material with large magnetic anisotropy at room temperature: Epitaxial ε-fe 2 O 3 thin films grown by Pulsed Laser Deposition Luca Corbellini 1, Julien Plathier 1, David Ménard 2, Alain Pignolet 1 1 INRS- Énergie Matériaux Télécommunications 2 Département de Génie Physique, École Polytechnique de Montréal ε-fe 2 O 3 is a metastable phase of iron oxide with an orthorhombic crystal structure at room temperature and properties intermediate between those of maghemite (γ-fe 2 O 3 ) and hematite (α-fe 2 O 3 ). The material exhibit both ferroelectric and ferrimagnetic ordering [1] with a Curie temperature T C = 510 K, along with a magnetoelectric coupling between the two phases. ε-fe 2 O 3 is of particular interest due to its high coercive field of 20 koe at room temperature [2], and high magnetic anisotropy which leads to ferromagnetic resonance (FMR) above 0.1 THz. This feature should allow ultra-fast switching of the magnetization through controlled intense THz laser pulses [3], increasing by several order of magnitudes the speed of magnetization reversal. Until very recently, due to its inherent structural and chemical instability in ambient conditions, ε-fe 2 O 3 had only been grown in the form of nanoparticles in confined nanoreactors by sol -gel-based methods [4] or as nanowires encapsulated in a silica (SiO 2 ) matrix [5]. Recently, however, growth of epitaxial thin films of ε-fe 2 O 3 by Pulsed Laser Deposition has been reported [6], although without details on the magnetic properties of these films. In this poster, we report the growth by Pulsed Laser Deposition of epitaxial ε-fe 2 O 3 films on SrTiO 3 (111) single crystalline substrates and discuss their structural, magnetic and electric properties. Structural characterizion through X-Ray Diffractometry of films grown on different substrates was performed to understand the role that compressive epitaxial strain plays in the epsilon phase stabilization. The deposition and the in-situ post-deposition annealing parameters were tuned in order to optimize the magnetic properties, characterized at RT using a vibrating sample magnetometer (VSM) as well as by ferromagnetic resonance as a function of angle for different frequencies between 10 and 40 GHz. Piezoelectric properties were investigated macroscopically by measuring the piezoelectric strain by Michelson Interferometry and locally using Piezoresponse Force Microscopy. [1] E. Tronc, et al., J. Solid State Chem. 139, 93 (1998). [2] S. Ohkoshi, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 46, 8392 (2007) [3] M. Nakajima, et al., Optics Express 18, (2010). [4] M. Popovici, et al., Materials Structure 13, 2 (2006). [5] Y. Ding, et al., Adv. Funct. Mater. 17, 1172 (2007). [6] M. Gich, et al., Appl. Phys. Lett. 96, (2010).

20 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.14 Detailed spectroscopic analysis of inductively coupled Ar plasma in mtorr pressure range R K Gangwar 1, L Stafford 1, Dipti 2, R. Srivastava 2 1Université de Montréal, Montréal 2Indian Institute of Technology Roorkee, Roorkee INDIA Optical emission spectroscopy (OES) is one of the most widely used non-invasive diagnostic techniques for studying various plasma systems. To extract basic plasma parameters such as electron temperature, electron densities and species populations from the OES measurements one needs to couple these with a suitable population kinetic model. In the present work we have measured the emission intensities of various lines originated from the 2p (Paschen notation) excited levels in an inductively coupled Ar plasma as a function of pressure from 1 to 500 mtorr. To analyze the measured emission spectra we have developed a collisional radiative (CR) model which includes ground, ion as well as the fine structure of 1s, 2s, 2p, 3d, 3s, and 3p excited manifolds. In the model we have considered the electron impact excitations and ionizations as well as their reverse process from ground, metastable and resonant levels to the higher fine structure levels. Emission and absorption of radiation have also considered. To this end an effective radiative decay coefficients were obtained by the relation A eff = A* T (Here A is Einstein coefficient for spontaneous emission and T is the escape factor). By introducing the escape factor and using effective radiative decay coefficients the self-absorption of the emitted radiation has been effectively accounted. The intensity of an emission line being directly proportional to the population of the level from where it originates, hence using the number densities obtained from our model, we calculate the intensities of various lines as a function of electron temperature and electron density. By the best fit between the calculated and measured relative emission intensities, basic plasma parameters have been extracted as a function of pressure and absorbed power. These results have been compared with those obtained from Langmuir probe and trace rare gases OES.

21 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.15 Influence de la Température de Dépôt de SmNiO 3 sur la Transition Métal-isolant Badr Torriss et Mohamed Chaker INRS-Énergie, Matériaux et Télécommunications Depuis plusieurs années, les Nickelâtes de terre-rares RNiO 3 (R: La,..., Lu et Y) ont suscité une attention particulière de la part de la communauté scientifique, en raison de leurs propriétés électriques et magnétiques exceptionnelles. En effet, ces composés exhibent un comportement métallique paramagnétique, isolant paramagnétique ou isolant antiferromagnétique, qui varie en fonction de la température. La température de transition métalisolant T MI de ces céramiques peut être contrôlée selon la nature de cation R : LaNiO 3 préserve son état métallique quelle que soit la température, tandis que PrNiO 3, NdNiO 3, SmNiO3 et EuNiO 3 subissent une transition MI à 130, 200, 400 et 460 K, respectivement. En variant la stœchiométrie de différents Nickelâtes de terres-rares, leur température peut être rapprochée de la température ambiante, ce qui ouvre la voie à de multiples applications dans le domaine d optoélectronique à savoir, des transistors à effet de champs, des modulateurs optiques et des fenêtres éco-énergétiques. Plusieurs études montrent une corrélation entre la température de croissance des couches de RNiO 3 et la transition métal-isolant de ces dernières. L origine de ce comportement reste toutefois inexpliquée et demande une étude approfondie sur la corrélation entre les propriétés structurales, la composition chimique et les propriétés optiques du matériau. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur l étude de l influence de la température de dépôt (entre 600 o C et 740 o C) sur les propriétés structurales et optiques (dans l infrarouge moyen) des couches minces de SmNiO 3 déposées par ablation laser pulsée sur des substrats de SrTiO 3 (STO). Nous présentons l évolution des paramètres de maille (in-plane et out-plane) et le taux de relaxation des couches en fonction de la température de croissance. La caractérisation de la transmission infrarouge (entre 2 et 10 µm) en fonction de la température a permis d établir une corrélation entre la température transition métal-isolant et la relaxation des contraintes épitaxiales en fonction de la température de dépôt

22 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.16 Développement d un banc d essai pour tester le pourvoir catalytique du NiFeO 4 synthétisé par plasma Céline Merhant, Benoît Legras, Samuel Bastien, Laura Cabral, François Gitzhofer, Nadi Braidy Université de Sherbrooke, département Génie chimique Nous décrivons un montage expérimental pour tester l activité catalytique sous micro-ondes et induction magnétique de nanoparticules (NPs) de ferrites de Ni produites par la technologie des plasmas. Des nanoparticules (NPs) de ferrite de Ni ont été produites en injectant une solution de précurseurs de Ni et de Fe dans un plasma. Cette technique a pu produire des grandes quantités de poudres nanométriques de ferrite de Ni avec des tailles de particules comprises entre 6 et 160 nm. La composition des NPs a pu être modifiée en ajustant la quantité relative de Fe et de Ni dans les précurseurs. La ferrite de Ni sera testée pour ses capacités catalytiques en association avec un absorbeur, sensible aux micro-ondes ou à l induction magnétique, et avec un liant tel que la bentonite. Il sera possible de comparer l activité catalytique dans plusieurs types de réacteurs utilisant différentes sources de chaleur : un four conventionnel, micro-ondes et induction magnétique. L efficacité du catalyseur sera déterminée par l analyse des gaz de réaction tandis que l activité catalytique et la température locale du catalyseur seront sondées par thermographie infrarouge. Enfin, il sera possible de sonder la surface du catalyseur, chauffée par micro-ondes ou par induction magnétique, par spectroscopie Raman afin de déterminer l évolution de la phase cristalline ou d identifier des dépôts carbonés au cours de la réaction.

23 Session 2 : Affiche 1 Résumé 2.17 Plasma-etching of electrospun PET mats: effects on structural and mechanical properties Houman Savoji 1,3, Abdellah Ajji 2,1, Sophie Lerouge 3,4, Michael R. Wertheimer 5,1 École Polytechnique de Montréal, Montreal 1 Institute of Biomedical Engineering, 2 Department of Chemical Engineering, 5 Department of Engineering Physics 3 Laboratory of Endovascular Biomaterials (LBeV), Research Centre, Centre Hospitalier de l Université de Montreal (CRCHUM) 4 Department of Mechanical Engineering, École de Technologie Supérieure (ÉTS) Poly(ethylene terephthalate), PET, is being widely used in large-diameter commercial vascular grafts because of its favorable mechanical, chemical and biocompatibility characteristics. However, when applied in small-diameter grafts, it leads to compliance mismatch with neighboring blood vessels, on account of excessive mechanical properties, for example Young s modulus. Electrospun nano/micro -fiber mats possess potentially desirable structural and mechanical properties as scaffolds in vascular graft applications, ones that can mimic natural tissues. In order to adjust their mechanical properties, wet-chemical treatment (e.g. with concentrated NaOH) has so far been the main method proposed in the literature. However, wet chemistry entrains problems of toxicity, environmental impact, along with others. In this context, dry etching with plasma may offer an attractive alternative; the aim of this research has therefore been to study the effect of oxygen-based plasma etching on structural and mechanical properties of electrospun PET scaffolds, and to optimize those properties for vascular graft applications. Aligned nano-fibrous PET scaffold mats were prepared by electrospinning, using a rotating mandrel apparatus under earlier-optimized conditions; particular attention was paid to the mats morphology and mechanical properties. Thereafter, the mats were exposed to plasma etching in a low-pressure ( L ) capacitively-coupled radio-frequency (r.f.) glow discharge plasma reactor, or in a high-( H, atmospheric)-pressure dielectric barrier discharge (DBD) reactor. L -type experiments used pure oxygen (O 2 ), or argon+10% O 2 mixture at 100 mtorr (13.3 Pa) pressure, and at 50 W of r.f. power, for different etch times. H -type ( corona discharge) experiments were conducted in atmospheric air, at a frequency of ca. 10 khz and a peak voltage of 18 kv, also at various exposure times. Resulting changes in surface morphology and -chemistry were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and X- ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. In addition, mechanical properties of the scaffolds, before and after etching, were measured using a uniaxial tensile testing device (Instron). SEM images of the pristine scaffolds showed smooth, aligned fibers with a highly porous (87 %) open structure. After O 2 and Ar-O 2 L -type plasma etching, one observes a reduction in the average fiber diameter, along with progressively rougher surface features for shorter treatment times, while long-duration exposure eventually caused the fiber structure and the scaffold s integrity to degrade (i.e. friable mats). However, somewhat surprisingly, the H corona discharge was found not to significantly alter the fibers morphology. XPS data revealed rising oxygen and functional group (e.g. carbonyl and carboxyl) contents with increasing treatment times. Tensile testing results for Young s modulus, tensile strength and elongation at break were all found to decrease significantly with rising treatment time, comparable with values for commercial prosthetic vascular grafts and native blood vessels. We are now investigating another L -type etch treatment, namely using CF 4 -O 2 mixtures. In conclusion, plasma etching is a promising technique when attempting to optimize the mechanical properties of electrospun PET scaffolds for vascular graft applications. Acknowledgments: Financial support from FQRNT, NSERC and CIHR is gratefully acknowledged.