WO2019097186A1 - Alveolar structure with complete photonic band gap - Google Patents

Alveolar structure with complete photonic band gap Download PDF

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WO2019097186A1
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photonic
cellular
alveolar
cells
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PCT/FR2018/052888
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Joshua Ricouvier
Pavel YAZHGUR
Patrick Tabeling
Maria Russo
Ilham MAIMOUNI
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Paris Sciences Et Lettres-Quartier Latin
Centre National De La Recherche Scientifique
Ecole Superieure De Physique Et De Chimie Industrielles De La Ville De Paris
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Definitions

  • the invention relates to a honeycomb structure of the type called photonic bandgap. It also relates to a method of manufacturing such a structure and its use.
  • Photonic band gap for which electromagnetic waves can not propagate through them and other frequencies where the waves propagate (transparency diffusion).
  • the operating features of the forbidden band photonic structures are found in the periodicity (case of a crystal) of the variation of the dielectric properties, and in the structural arrangement of these structures.
  • Forbidden photonic band (s) structures exist in the natural state, for example opal.
  • Artificial photonic band (s) structures which have a periodic modulation of the dielectric constant in one or more directions have also been developed. According to the number of directions, these structures are designated by the name of photonic crystals with one, two or three dimensions. These materials were discovered by Eli Yablonovitch in the late 1980s (Eli Yablonovitch, Inhibited Spontaneous Emission in Solid State Physics and Electronics, Physical Review Letters, 58 (20): 2059, 1987).
  • Unidimensional (1D) materials with a prohibited photonic band (s) have periodic electrical permittivity in one direction and are uniform in two other directions.
  • Figure 1 describes such a structure which consists of a stack of two alternating layers of homogeneous materials having different dielectric constants e. These structures have existed for a long time and are used, for example, in optics to obtain lossless mirrors (Bragg mirrors).
  • a two-dimensional photonic structure is a structure that presents a periodic modulation of the dielectric permittivity along two directions of space, and homogeneous in the third.
  • the optical properties of two-dimensional structures are highly dependent on the electromagnetic wave bias.
  • dielectric rods can be placed in the air or in another dielectric periodically ( Figure 2).
  • Figure 2 In order to open wide forbidden bands, a contrast of index or permittivity (ratio between the indices or the respective permittivities of the medium and of the stems) is needed which is sufficiently large.
  • a two-dimensional photonic structure may also consist of a set of holes drilled in a dielectric. The optical responses of these structures depend on the polarization and may not have a complete band gap.
  • the complete photonic forbidden band can mean: either the complete TM polarization (omnidirectional), the complete TE polarization (omnidirectional), or the two complete TE and TM simultaneous polarizations (omnidirectional) whose complete photonic forbidden bands overlap.
  • Figure 3 shows that there is no complete band gap for this square array for the TE polarization, but that there is a complete band gap in all directions of the plane for the TM polarization.
  • Three-dimensional structures are structures whose dielectric constant is periodically structured in three directions. There is an infinity of possible geometries for three-dimensional structures. But only a few have a complete banned photonic band.
  • the diamond structure ( Figure 4) has a complete Photonic Prohibited Band (BIP) as shown in Figure 5. Since Yablonovitch's work, it is known that the periodic nature of crystals is a determining factor in their ability to possess complete photonic prohibited bands.
  • Two-dimensional structures with complete photonic prohibited band have the advantage of being easy to manufacture.
  • Three-dimensional structures with a complete photonic forbidden band (s) have a greater field of application, but are more difficult to manufacture.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the methods and devices of the prior art. It aims in particular to simplify the manufacture of photonic structures operating in two or three dimensions of space, and thus reduce their cost and improve their performance.
  • One of the objectives of the present invention is to provide photonic structures provided with prohibited photonic band (s), in particular complete prohibited photonic band (s).
  • One of the objectives of the present invention is to provide photonic structures provided with photon-prohibited band (s), in particular photonic band (s) prohibited (s) complete (s) wide (s) .
  • Another objective of the invention is a method of manufacturing such a structure and its use in the field of optics, especially as waveguides of free forms, or quantum traps for trapping photons. in said structure (metamaterial).
  • the process of the invention can also be used to manufacture new resistant dyes (the color being given by the structure of the metamaterial and not by chemical compounds).
  • the photonic structures of the invention make it possible in particular to choose precisely reflected wavelengths.
  • the present invention therefore firstly relates to the use of a cellular structure, especially a solid structure, for the preparation of a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete prohibited photonic strip (s). (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular structure, in particular solid, being characterized in that it comprises:
  • a continuous phase in particular a solid phase
  • substantially polyhedral or polygonal empty cells which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%.
  • the invention relates to the use of a cellular solid structure, for the preparation of a solid photonic alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
  • substantially polyhedral or polygonal empty cells which are separated by Plateau edges that define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s). ) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular solid structure comprises:
  • substantially polyhedral or polygonal void cells which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and wherein the value of the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%.
  • angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline hyperuniform having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular solid structure comprises:
  • angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid alveolar structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range in which the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D.
  • the invention relates to the use of a solid self-assembled cellular structure, for the preparation of a cellular solid structure.
  • photonic, non-crystalline, disordered hyperuniform having one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for possible polarization of a wavelength range data in which the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s). ) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, in which the value of the angle of the polyhedra or polygon is 109.5 °, when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, in which the angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 °, when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, wherein the poly dispersivity of said self assembled solid cell structure is less than 20%.
  • the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, wherein the polydispersity of said self assembled solid cell structure is less than 20%.
  • the self-assembled cellular solid structure used for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) ) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range is a 2D or 3D foam.
  • the self-assembled cellular solid structure used for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete ( s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range is a 2D or 3D foam.
  • the "value of the volume fraction of the honeycomb structure” refers to the ratio of the volume of the solid continuous phase to the volume of the total cellular solid structure.
  • volume of the entire cellular solid structure is meant the sum of the volumes respectively occupied by the continuous solid phase, and by the cells.
  • the notion of "surface fraction of the honeycomb structure” is also used, which represents the ratio of the surface of the continuous phase, in particular solid phase, to the total surface of the structure, it being understood that the structure continues , in particular solid, is represented by the continuous phase, in particular solid phase, constituted by the set of edges of the edge plate of the cellular structure, in particular solid, of the present invention.
  • the self-assembled cellular solid structures are disordered, non-crystalline and have one or more complete prohibited photonic band (s) for a range of wavelengths. data or for a possible polarization of a given wavelength range.
  • the self-assembled cellular solid structures are hyperuniform disordered, non-crystalline and possess one or several complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range.
  • "Hyperuniform structures” are disordered structures that have geometric correlations in which density fluctuations tend to zero, making them homogeneous on a large scale.
  • Substantially hyperuniform structures are called in which the reduction of density fluctuations is of the order of 10%, for a scale of length equal to ten times the characteristic size Dm of the cells.
  • N the number of cells.
  • Substantially hyperuniform means:
  • This definition concerns three-dimensional structures (3D). It is also valid for two-dimensional structures (2D) by replacing the volume of the cell by the surface of the cell.
  • the structures of the present invention are preferably obtained by self-assembly of substructures of polyhedral or polygonal alveolar shapes, especially from particles, drops or bubbles.
  • a structure as used herein is not intended to be limited to the concept of an assembly of sub-elements or substructures.
  • a structure according to the present invention comprises a plurality of self-assembled sub-elements whose number of the size contributes to the bi or three-dimensional character of the structure. The number the size the layout in the space of the sub-elements of the structure defaults (ssent) the form function of the structure.
  • the sub-elements of the structure are particles, drops or bubbles whose assembly leads to the formation of polyhedral or polygonal cells.
  • the particles are elements or solid objects, the drops are elements from two immiscible media, preferably liquid, and the bubbles consist of gas or gas mixture.
  • the structure is obtained by self-assembly of these bubbles.
  • the continuous solid phase of the structure results from the polymerization of the polymeric film coating the gas bubbles.
  • the sub-elements of the structure may be spheroidal particles of organic or inorganic nature.
  • the self-assembly of sub-elements can be obtained by 2D or 3D deposition or by sedimentation.
  • the structure obtained by self-assembly of sub-elements or substructures such as bubbles is of liquid or dry foam type.
  • a simple 2D structure obtained for example from a sheet of a certain index in which said structure is cut out and then arranged between two index plates allowing the creation of a 2D waveguide, or
  • a derived 2D structure which corresponds to a 2D structure in the plane (x, y) stretched homogeneously along the z axis.
  • the term "alveole” or cellular structure corresponds to the repetitive subsystem constituting the photonic structure.
  • the term can be used here more broadly to designate, without limitation, any assembly of polyhedral or polygonal substructures to form any 2D or 3D structure, in particular a 2D or 3D structure of Kelvin or Weaire-Phelan ( Figure 6 ).
  • a 2D structure the polyhedral or polygonal substructures are arranged to each other in the form of a network in a single plane.
  • the cells are contiguous.
  • a surface shelf edge is called the meeting point between two cells.
  • the junction between three edges of Surface Tray is a 2D node.
  • the angles between the three Surface Plate edges range from 110 ° to 130 ° in 2D.
  • the value of the angle is usually 120 °.
  • a 3D structure we call a Plateau edge, the meeting place between three cells and four Plateau edges form a junction called node. They intersect with angles ranging from 100 ° to 120 °, but the angle is usually 109.5 °.
  • the cellular structure, in particular solid, of the invention can be either two-dimensional or three-dimensional.
  • the cellular structure, in particular solid, involved in the invention can be obtained from the self-assembly of particles, which can be deformable, or of monodisperse or low polydispersity bubbles thus forming a structure which comprises a continuous phase, in particular solid, and polyhedral or polygonal void cells.
  • Monodispersivity means that over all sizes (Di, D 2 , %):
  • the solid cellular structures of the present invention are obtained from the self-assembly of particles or polydispersity bubbles P of 5 to 20%.
  • a continuous phase in particular a solid phase, corresponds to a material whose dielectric constant ratio of the alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2.
  • the polyhedral or polygonal empty cells are of open-cell type (open-cell according to the English terminology) or closed-cell (closed-cell according to the English terminology).
  • empty cell expression the term empty refers to the fact that:
  • the cell is devoid of material, - Or the cell contains a medium consisting of air, gas, or liquid, provided that the dielectric constant of the medium contained in the cell meets the conditions set out above.
  • the dielectric constant of the cells corresponds either to the dielectric constant of the vacuum or to the dielectric constant of the medium which it contains.
  • the position (s) of the photonic band (s) in the frequency band (s) is (are) thus determined by the position, shape and physical characteristics of the continuous phase, in particular solid phase, and the cells of said structure.
  • the width of the desired complete photonic band (s) is (are) fixed in particular by the thickness of the edge edges of the polyhedron or polygon edges forming the phase. continuous, especially solid, structure.
  • the photonic alveolar structure is solid, but it may consist of a liquid with a dielectric constant of at least 2 or a gel.
  • volume fraction of the honeycomb structure is meant, in the sense of the present invention, the ratio of the volume of the continuous phase, in particular solid, to the total volume of the structure, it being understood that the continuous structure, in particular solid, is represented by the continuous phase, in particular solid, constituted by the set of edges of the edge plate of the cellular structure, in particular solid, of the present invention.
  • the cellular, especially solid, photonic structure of the present invention affects the passage of photons (i.e., electromagnetic waves).
  • a light of a certain wavelength (or, more precisely, within a certain range or "band" of wavelengths) entering a photonic material, for example the solid cellular structure of the present invention in a certain direction may or may not pass through said material depending on how it is refracted.
  • a light wave is an electromagnetic excitation that oscillates in a plane, its passage in a given structure also depends on the orientation of the plane in which the wave moves.
  • a light wave is provided with an electric field that oscillates along an axis perpendicular to its direction of propagation and a magnetic field that propagates along an axis perpendicular to the axis of the electric field and its direction of propagation.
  • the rectilinear polarization is used as the basis.
  • the light waves propagating in a certain direction can be decomposed into a combination of two independent rectilinear polarizations, classically chosen to be perpendicular to each other (and with the direction of propagation).
  • the axis of the oscillation of the electric field is called polarization direction.
  • Light from a source may be polarized, which means that a majority of lightwaves traveling in the same direction will have the same axis of oscillation of the electric field.
  • the material In two-dimensional photonic materials (or azimuthally symmetric three-dimensional photonic materials), the material is used so that light travels along both dimensions (or in the plane perpendicular to the azimuthal direction).
  • the polarization direction of the electric field, which must be perpendicular to the plane of propagation is called TM polarization or TM polarized light.
  • the direction of polarization of the electric field which may be in the two-dimensional plane (and perpendicular to the direction of propagation) is called TE polarized light.
  • the material may allow one or more discrete ranges, or "bands,” to pass through while preventing another range from traversing it completely. These forbidden ranges define “forbidden bands" In a material.
  • the complete photonic bandgap expression is understood as either the complete photonic bandgap for the TE polarization, or the complete photonic bandgap for the TM polarization, or the complete photonic bandgap for the two TE and TM polarizations for the same frequencies.
  • the complete photonic bandgap expression is understood as a bandgap irrespective of the polarization.
  • the photonic band gap is omnidirectional, in the plane (x, y) for 2D and in all directions for 3D.
  • the cellular solid structure may be used as a counter mold for the preparation of a photonic alveolar solid structure having the physical characteristics defined above.
  • counter mold indicates that the cellular solid structure has the same shape as the photonic alveolar solid structure of the invention, but is not in the appropriate material, or is not covered with appropriate material.
  • the cellular solid structure is for example composed of a polymer chosen from acrylates, methacrylates, polyurethane or polystyrene, without limitation.
  • the polymer constituting the above-mentioned cellular solid structure is replaced by a metal alloy, a semiconductor or any other material such as the ratio: dielectric constant of the alveolar structure / constant
  • the dielectric of the cells is at least 2.
  • the above-mentioned cellular solid structure is used for the preparation of a photonic alveolar solid structure having the physical characteristics defined above and whose surface of the continuous solid structure comprises or is formed by a metal alloy, a semiconductor or a dielectric optical index material adapted to the existence of a photon band prohibited for a given wavelength range.
  • the invention also relates to a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said cellular structure, in particular solid, being characterized in that it comprises: a continuous phase, in particular a solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%, and
  • the ratio between the relative dielectric constant e ri of the cellular structure, in particular solid, or the surface of the structure, and the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5 .
  • the structure above can be 2D or 3D.
  • the invention also relates to a photonic solid alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said solid cellular structure being characterized in that it comprises:
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid alveolar structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the invention relates to a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a given possible polarization of a given wavelength range, said cellular structure, in particular solid structure being characterized in that it comprises:
  • a continuous phase in particular a solid phase
  • substantially polyhedral or polygonal empty cells which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the edges of the plate forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%, and
  • angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 ° or 120 °
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the alveolar structure, especially solid, or of the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the structure above can be 2D or 3D.
  • the invention relates to a solid photonic alveolar 2D structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization. a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
  • angle value of the polyhedra or polygon ranges from 110 ° to 130 °, and in particular 120 °, and
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure, or the surface of said structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the invention relates to a solid 3D photonic alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a polarization possible of a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
  • a continuous solid phase and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said cellular solid structure is from 10% to 60%, and in which the angle value of the polyhedra or polygon varies from 100 ° to 120 °, and in particular 109.5 °, and
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r 2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the ratio between the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure and the relative dielectric constant s r2 of the medium filling the cells is at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5 .
  • the photonic solid alveolar structure is a self-assembled, disordered, non-crystalline photonic solid photon structure having one or more complete photonic band (s) for a range. of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure comprises:
  • angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is 2D and is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is 3D, and
  • the ratio between the relative dielectric constant e G i of the solid cellular structure, or the surface of the structure, and the relative dielectric constant s r 2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the photonic solid alveolar structure is a self-assembled photonic solid cellular structure, a non-crystalline, disordered hyperuniform possessing one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure comprises:
  • angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is 2D and is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is 3D, and
  • the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • the photonic solid alveolar structure is a 2D or 3D foam.
  • the photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
  • volume fraction volume of the continuous solid phase / volume of the entire cellular solid structure
  • volume fraction defined as the ratio between the volume of the solid phase continues on the total volume of the structure is 10%, 11%,
  • the widening of the edges of the tray can be carried out before polymerization or solidification of the foam; a uniform flow of liquid passes through the foam. Controlling the flow rate of the uniform flow of liquid makes it possible to control the volume fraction.
  • the enlargement of the solid cellular structure can be achieved after the self-assembly of the particles or bubbles by solidification, for example of the foam by adding a crosslinkable polymer and a polymerization initiator in the solution liquid used to form said solid cellular structure, or by dipping the solid cellular structure in a polymer bath.
  • the width of the photonic band gap of the cellular structure is at least 10%, especially about 20 to 25%.
  • the width of the photonic band gap is defined as:
  • the substantially polyhedral or polygonal void cells communicate with one another.
  • the photonic alveolar solid structure of the invention has a complete photonic bandgap.
  • the empty cells of the structure of the present invention are filled with a gaseous or liquid medium, preferably air or a gas compatible with the photonic solid cellular structure, in particular with a gas or any other material such as the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2.
  • the ratio between the relative dielectric constant e ri of the photonic solid alveolar structure and the relative dielectric constant 8 r2 of the medium filling the cells is at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 21 to 25, 26 to 30, 31 to 35 and 36 to 40.
  • the relative dielectric constant e r of silicon is 12, for the visible red and the near infra-red; that of the air is 1.
  • the invention provides a structure having a high dielectric contrast, i.e. at least 5.
  • the solid phase is constituted or is covered with a semiconductor or metal alloy selected in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 0 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga x As), titanium dioxide (Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
  • a semiconductor or metal alloy selected in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 0 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga x As), titanium dioxide (Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
  • the photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
  • the photonic cellular solid structure is constituted by a semiconductor or a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3) , tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (TiO 2 ), germanium (Ge), telluride lead (PbTe) etc.
  • the initial polymer structure has been replaced by said semiconductor or said metal alloy.
  • the photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
  • the solid photonic honeycomb structure comprises silicon and air, for the application in visible red or near infrared.
  • Another object of the present invention is a solid photonic cellular structure having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a range. given wavelengths, said photonic solid alveolar structure comprises:
  • said solid phase being covered or consisting of a semiconductor or a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (TiO 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe) , and in which the angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 ° or 120 °, and wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the photonic solid alveolar structure to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
  • a semiconductor or a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga
  • the photonic solid alveolar structure according to the present invention is a self-assembled, disordered, non-crystalline photonic solid photon structure having one or more complete prohibited photonic band (s) for a range of wavelengths. data or for a possible polarization of a given wavelength range, is in particular a foam.
  • the photonic solid alveolar structure according to the present invention is an unconjugated, noncrystalline, hyperuniform, self-assembled, photonic solid cellular structure having one or more complete photonic band (es) for a range of lengths. given waves or for a possible polarization of a given wavelength range, is in particular a foam.
  • the local structure of especially dry foams is defined by Plateau's laws: the dry foam structure can be represented as a network of channels called Plateau edges that meet by 4 (3 in 2D) at the vertices called nodes.
  • the angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D. Foam also tends to balance the length of the tray edges; for example, when two adjacent bubbles merge, the foam will immediately rearrange its structure to respect Plateau's laws again.
  • all the angles of the polyhedra or polygons of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline, self-assembled, are substantially identical.
  • all the angles of the polyhedra or polygons of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline, self-assembled, are substantially identical.
  • photonic, disordered, non-crystalline, self-assembled photonic solid structures having one or more complete photonic band (s) are prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range
  • said solid cellular structure comprise: a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%, and
  • the value of the angle of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D or is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is in 3D, and
  • the meeting points of the plate edges forming nodes are coordination 3 when said photonic solid alveolar structure is in 2D or are coordination 4 when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
  • the solid photonic cellular, hyperuniform disordered, non-crystalline, self-assembled structures having one or more complete prohibited photon band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure comprise:
  • the value of the angle of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D or is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is in 3D, and
  • the meeting points of the plate edges forming nodes are coordination 3 when said photonic solid alveolar structure is in 2D or are coordination 4 when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
  • the photonic cellular, disordered, non-crystalline, self-assembled, solid structures have one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range.
  • the photonic alveolar solid structures possess one or multiple photonic band (s) prohibited complete for a given wavelength range.
  • the polydispersity (or polydispersivity) of the photonic cellular, hyperuniform, non-crystalline, hyperuniform structures according to the present invention influences the maximum width of the band gap.
  • the cells are bidisperse or polydisperse.
  • the cells are monodisperse.
  • the polydispersivity of the cells of the photonic alveolar solid structure is from 1 to 20%.
  • the polydispersivity of the cells is controlled, during the self-assembly of the substructures or bubbles during the formation of the solid cellular structure, in particular a foam.
  • the polydispersivity is greater than 1-5% and less than 20%.
  • the polydispersity of photonic alveolar solid structures, disordered, non-crystalline is 1%, 2%, 3%, 4%, 5%,
  • the polydispersity of photonic alveolar solid structures, hyperuniform disordered, non-crystalline is 1%, 2%,
  • a bidisperse structure according to the present invention is characterized by a size ratio (SR) of 80% and a number ratio (NF) of 50%.
  • a monodisperse structure is characterized by a size ratio (SR) of
  • NF is defined as the number ratio: NF N small
  • the photonic alveolar solid structure comprises at least two cell populations of different sizes. Pellets smaller than the average size (V pe tit) and cells larger than the average size (V gr ).
  • the ratio of the number of cells of size smaller than the average size to the total number of cells is from 30% to 80%, preferably from 30% to 40%, of 40% to 50%, 50% to 60%, 60% to 70% and 70% to 80%. In a preferred embodiment, the ratio of the number of cells of size smaller than the average size over the total number of cells (SR) is 30%,
  • the cubic root of the ratio between the volume of the cells of larger sizes and the volume of the cells of smaller sizes is greater than or equal to 80%, and whose polydispersivity between the population of the cells of larger sizes and the population of smaller sized cells is less than
  • the size of the cells of the photonic solid alveolar structure is from 50 nm to 5 mm.
  • the cell size of the photonic alveolar solid structure is from 50 nm to 100 nm, from 100 nm to 500 nm, from 500 nm to 1000 nm, from lpm to 10 ⁇ m, from 10 ⁇ m to 20 ⁇ m, 20 ⁇ m to 30 ⁇ m, 30 ⁇ m to 40 ⁇ m, 40 ⁇ m to 50 ⁇ m, 50 ⁇ m to 60 ⁇ m, 60 ⁇ m to 70 ⁇ m, 70 ⁇ m to 80 ⁇ m, 80 ⁇ m to 90 ⁇ m.
  • the photonic alveolar solid structure comprises the following combination of characteristics:
  • the photonic alveolar solid structure especially of the 3D type, has a complete bandgap for all the polarized waves.
  • the photonic alveolar solid structure has a complete band gap, preferably optimized for TE and TM.
  • the skilled person can act on the size of the cells, on the volume fraction of the cellular structure, in particular solid, especially by the widening of the edges of the Plateau of the cells.
  • the photonic alveolar structure in particular solid, is hyperuniform disordered or substantially hyperuniform.
  • the photonic alveolar structure in particular solid, is disordered.
  • the state of optical density of the photonic alveolar structure, especially solid tends to zero when, all things being equal, the number of cellular structures increases.
  • the total volume of said photonic cellular solid structure is 10 microns 3 to 10 meters 3 .
  • the present invention provides cellular solid structures, and methods for making said structures characterized by a non-crystalline, disordered heterostructure, especially in isotropic translation.
  • the present invention provides cellular solid structures, and methods for making said structures characterized by a non-crystalline, disordered hyperuniform heterostructure, particularly in isotropic translation.
  • the first step for the manufacture of cellular solid structures is known.
  • This first step is to prepare a foam.
  • a foam is described as a set of expanding gas bubbles in a liquid matrix.
  • the bubbles initially spherical, interact with each other and adopt a polyhedral or polygonal shape.
  • a cell is defined as a volume of gas surrounded by a certain amount of liquid.
  • Figure 7b shows an example of foam cells.
  • the liquid is then trapped between several bubbles, hence the formation of Plateau edges as shown in Figure 7a. These edges are the main place of presence of the liquid.
  • the junction of several edges defines a vertex of the cell.
  • the arrangement of the cells by self-assembly then characterizes the structure of the foam.
  • the thickness of the liquid separating the bubbles is generally very small, since the gas rate can go up to more than 90%.
  • these liquid films may burst, releasing the gas.
  • the foam is then reduced to a skeleton called open cell foam.
  • the liquid film comprises a crosslinkable polymer
  • the open cell structure is solid after polymerization and curing of the liquid film.
  • Foams according to the present invention are manufactured by known techniques. Briefly, an experimental device, composed of a flow-focusing geometry chip, makes it possible to generate a liquid foam consisting of bubbles that self-assemble. The presence of a surfactant in the liquid phase makes it possible to stabilize the films contained in the foam. The size of the bubbles is controlled by the inflow of gas and liquid. Solid foams are obtained in the presence of crosslinkable polymers chosen from glyoxal cross-linked chitosan, calcium chloride-crosslinked alginate, polyvinyl alcohol cross-linked with glutaraldehyde, BDDE-crosslinked hyaluronic acid (butanediol diglycidyl ether). ), or by combining several of these polymers.
  • crosslinkable polymers chosen from glyoxal cross-linked chitosan, calcium chloride-crosslinked alginate, polyvinyl alcohol cross-linked with glutaraldehyde, BDDE-crosslinked hyaluronic acid
  • the injection rate of the liquid phase is adjusted so as to vary the liquid volume fraction (defined by the ratio between the volume of the liquid phase and the total volume of the foam) between 5% (dry foam) and 55% (wet foam), preferably 13%:
  • the injection rate of the gas phase is adjusted so as to vary the gaseous volume fraction (defined by the ratio between the volume of the gas and the total volume of the foam) between 55% (wet foam) and 95% (dry foam), preferably 87%.
  • a surfactant is added at a concentration between one and a thousand times its critical micelle concentration (CMC), preferably five hundred times.
  • CMC critical micelle concentration
  • the surfactant is selected by the following compounds: Lutensol AT25, Plantacare 2000 UP, Synperonic A7, Pluronic F-127, CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide), Cremophor RH455 (CRH 455).
  • the method for manufacturing a cellular structure, in particular solid, photonic having a strip complete forbidden photonics for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range is characterized in that it comprises the following steps:
  • a) dipping of said cellular structure, in particular solid, in a polymer chosen from acrylates, methacrylates, polyurethane, polystyrene or in a material such as the ratio: dielectric constant of the cellular structure, in particular solid / dielectric constant of the alveoli is at least 2 is suitable for the existence of a complete photonic band prohibited for a given wavelength range,
  • the method for manufacturing a cellular structure, in particular a solid photonic structure, having a complete photonic forbidden band for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths furthermore comprises a step c) of deposition of a layer of a material with a high refractive index, said material is chosen from a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and gallium aluminum arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
  • a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and gallium aluminum arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide
  • the Plateau edge broadening step can be replaced by a forced drainage method or by a suitable choice of liquid viscosity in which the honeycomb structure is made or by a suitable choice of the cell surface tension to obtain a value of the volume fraction of 10 to 60%.
  • a first family of processes uses deposition by vacuum evaporation of liquid metal through various heating means (Joule effect, electron bombardment, sputtering, etc ). Thus, it is possible to deposit an aluminum layer on typically plastic films (PET for example).
  • CVD Chemical vapor deposition
  • PEVD Plasma Enhanced Vapor Deposition
  • One of the techniques for depositing nanoparticles is dip coating. This technique is particularly optimal for porous structures such as foam.
  • a precursor solution must be formulated where the particles are dispersed.
  • the nanoparticles are chosen so as to have a high optical index and a physicochemical compatibility with the polymer to allow the adhesion of the nanoparticles to the foam.
  • the composition of the immersion solution must not modify the 3D structure obtained in the previous phase.
  • the coating operation can be optimized by adding surfactants or viscous components.
  • the method for manufacturing a photonic solid cellular structure is characterized in that it comprises the following steps:
  • a first cellular solid structure 3D, 2D or derived from 2D, which comprises the following physical characteristics, it comprises a continuous solid structure and substantially polyhedral cells, which are separated by Plateau edges, the meeting points of Plateau forming nodes and being of coordination 4 (3D) or 3 (2D or derived from 2D), the value of the volume fraction: volume of the solid structure continues on total volume of the structure, being from 10% to 60% and the angle value of the polyhedra being of 109.5 ° (3D) or 120 ° (2D or derived from 2D),
  • the material 2 comprising or consisting of a material such that the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2, adapted to the existence of a complete photonic forbidden band for a given wavelength range, or a precursor of a material such as the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2 adapted to the existence of a complete photonic band prohibited for a given wavelength range,
  • the material 1 is zinc oxide
  • the material 2 is polycrystalline silicon.
  • FIG. 1 represents a one-dimensional photonic structure by a stack of (dielectric) layers of different permittivities.
  • FIG. 2 represents a two-dimensional photonic structure constituted by a network of rods in the air and air holes in a material.
  • One of the main results of this figure concerns the difference in behavior between the TM polarizations (magnetic transverse: the E field is parallel to the rods) and TE (Electric Transverse: the E field is perpendicular to the stems).
  • the complete bands in polarization TM are much wider.
  • TM solid lines
  • TE dashex lines
  • LIGURE 4 represents a three-dimensional photonic structure composed of dielectric spheres located on the sites of a diamond structure network.
  • LIGURE 6 represents two 3D alveolar structures; left Kelvin structure, right Weaire-Phelan structure.
  • LIGURE 7a represents a 2D honeycomb structure and FIG. 7b is a top view of said structure.
  • LIGURE 8 illustrates a particular embodiment of the initial alveolar structure (foam stage).
  • a pressure controller makes it possible to set the frequency and the size of the bubbles for each junction T. This makes it possible to adjust the values of NF and SR for the 2D foam observed in the Hele-Shaw cell.
  • the syringe driver determines the flow of the solution resulting in forced drainage through the foam. This makes it possible to choose the surface or volume fraction of the foam that is observed.
  • LIGURE 9 represents the results of the optical density properties of a cellular solid structure.
  • this figure represents the density of the optical states (DOS) for a material derived from 2D (see FIG. 7b seen from above and infinitely stretched in the z direction) and for electromagnetic waves TE.
  • the density of the optical states is a curve counting the number of optical modes (DOS) existing in the material (a mode is a wave vector propagating in the material for a given frequency) as a function of the adimensionned frequency D / 2n of this mode.
  • the DOS here is calculated in all directions.
  • the decrease of the density DOS down to 0 in the range of unsized frequencies between 0.25 and 0.32 shows that the photonic forbidden band of the material according to the invention is complete in the plane (x, y).
  • LIGURE 10a represents an illustration of the microfluidic chip (Llow-focusing geometry) which makes it possible to generate three-dimensional foam with controlled bubble distribution.
  • LIGURE 10b) represents a sample of the polymeric foam obtained after solidification.
  • FIG. 11 represents a three-dimensional reconstruction of an example of confocal microscopy foam (LEICA). In this particular case, the polyhedral pores have a diameter of 1 OOmhi and exhibit a fine spatial organization.
  • FIG. 12 represents two images obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM) of Plateau edges coated with silicon carbide particles after some dip-coating operations.
  • the experimental device consists of two glass plates separated by 0.3 mm. They are sealed thanks to a silicone seal which allows to introduce two small pipes of diameter 0.5mm and two big pipes of diameter 3mm. Small pipes are connected to a MFCS (Fluigent) type pressure controller. The large pipes are connected to a pressure tank determined by the hydrostatic. This pressure tank allows to choose the height of the water-air interface in the interface. A mixer is introduced after the bubbles exit and ensures mixing of the two populations of bubbles.
  • MFCS Fluid
  • the air is injected in the form of bubbles of constant size.
  • the two pipes make it possible to generate two populations of different sizes and frequencies.
  • the determination of the pressures makes it possible to control the ratio of the sizes and the ratio of number of the two populations (SR and NF).
  • injectors connected to a syringe pump (HARVARD Apparatus) control the flow that causes the forced drainage of the foam.
  • the injectors are arranged in a regular manner to ensure uniform drainage of the foam.
  • Flow control adjusts the volume fraction of the foam.
  • a crosslinkable polymer in the solution eg Polyethylene glycol diacrylate MW> 600
  • an initiator eg 2-hydroxy-2-methiopropiophenone
  • the structure reticles and freezes. (2D and 3D cases).
  • this step can be repeated several times.
  • Bubbles are generated in a crosslinkable liquid polymer (polyurethane). Viscosity and drainage are adjusted to reach a volume fraction of 5%.
  • the polymerization of the structure is initiated by heating or ultraviolet. An open cell foam structure is obtained.
  • the structure is then dipped in liquid polyurethane until a volume fraction of 26% in 3D and 40% in 2D).
  • the structure is then infiltrated with zinc oxide by ALD (atornic layer deposition) at 110 ° C.
  • ALD atornic layer deposition
  • the structure is heated at 500 ° C for 5-6 hours to degrade the polymer.
  • the ZnO mold is infiltrated with amorphous Si by CVD at 480 ° C. Then, the ZnO is dissolved by etching with hydrochloric acid.
  • the amorphous Si structure is then treated at 600 ° C for 8 to 10 hours to transform the amorphous Si to the polycrystalline Si.
  • the wave propagation is then calculated using the MIT Photonic Bandgap software (free software) after assigning an index of 12 to the Plateau edges and 1 to the air bubbles.
  • the software returns the frequencies of the modes propagating within the material.
  • the "dilate” and “erode” functions make it possible to transform the neighboring white pixels from a black pixel into a black pixel and vice versa.
  • a polymeric foam is first manufactured using microfluidics and is then covered with a layer of nanoparticles high optical index. at. Solid 3D foam manufacturing
  • the experimental device is composed of a flux-focusing geometry chip (FIG. 10a).
  • this geometry consists of micro-channels (50 mhi height and 100 mhi width) contains two inputs, one of which can inject the liquid phase and the other the gas phase.
  • micro-bubbles of gas are found encapsulated in a continuous liquid phase. When they are sufficiently numerous, these bubbles come together and self-assemble to give rise to the liquid foam.
  • the presence of a surfactant in the liquid phase makes it possible to stabilize the films contained in the foam.
  • the size of the bubbles is controlled by the incoming gas and liquid flows, which are regulated by an MLCS pressure controller. (provided by the Fluigent Company).
  • a polysaccharide is dissolved in water at a concentration of around 1% by weight.
  • a non-ionic surfactant Lutensol AT25
  • CMC critical micelle concentration
  • Preparation of the gas phase air is mixed with another gas, less soluble in water, perfluorohexane C 6 F I4 to limit aging (change of structure resulting in the destruction of the foam).
  • the gaseous volume fraction is around 87%.
  • Crosslinking to solidify the foam, a crosslinking agent corresponding to the selected polymer is added to the liquid phase.
  • a crosslinking agent corresponding to the selected polymer is added to the liquid phase.
  • Preparation of the immersion solution in the case of chitosan, the choice was made of nanoparticles of silicon carbide (SiC) for their high refractive index in terahertz (n ⁇ 3 to 5) and their affinity for grafting on chitosan thanks to electrostatic interactions. These nanoparticles of silicon carbide (SiC) are dispersed in an aqueous solution containing 10% n of ethanol in an ultrasonic bath for 20 min.
  • SiC silicon carbide
  • Foam immersion coating the sample is immersed in the prepared solution for a few minutes, is removed and is subjected to

Abstract

The invention pertains to the field of metamaterials. The invention relates particularly to an alveolar structure, especially a solid structure, of the complete-photonic-band-gap type. The invention further relates to a method for the production of such a structure and to the use thereof.

Description

STRUCTURE ALVEOLAIRE A BANDE INTERDITE PHOTONIQUE COMPLETE  ALVEOLAR STRUCTURE WITH COMPLETE PHOTONIC BAND PROHIBITED
L'invention concerne une structure alvéolaire du type dit à bande interdite photonique. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle structure et son utilisation. The invention relates to a honeycomb structure of the type called photonic bandgap. It also relates to a method of manufacturing such a structure and its use.
Des découvertes récentes ont permis de mettre en évidence un phénomène physique particulier qui se développe au sein de structures diélectriques périodiques, constituées par des cristaux présentant des différences de propriétés électriques, mais également par des structures non cristallines. Ce phénomène a été qualifié de "bande interdite photonique", ou "PBG" (pour " Photonic Band Gap") selon la terminologie anglo-saxonne. Les structures photoniques possèdent une bande de fréquence pour laquelle les ondes électromagnétiques ne peuvent pas se propager à travers elles et d’autres fréquences où les ondes se propagent ( transparence diffusion). Les particularités de fonctionnement des structures photoniques à bande(s) interdite(s) se trouvent dans la périodicité (cas d’un cristal) de la variation des propriétés diélectriques, et dans l’arrangement structurel de ces structures.  Recent discoveries have highlighted a particular physical phenomenon that develops in periodic dielectric structures, consisting of crystals with differences in electrical properties, but also non-crystalline structures. This phenomenon has been described as "photonic band gap", or "PBG" (for "Photonic Band Gap") according to the English terminology. Photonic structures have a frequency band for which electromagnetic waves can not propagate through them and other frequencies where the waves propagate (transparency diffusion). The operating features of the forbidden band photonic structures are found in the periodicity (case of a crystal) of the variation of the dielectric properties, and in the structural arrangement of these structures.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Les structures à bande(s) photonique(s) interdite(s) existent à l’état naturel, par exemple l’opale. Des structures à bande(s) photonique(s) interdite(s) artificielles, qui présentent une modulation périodique de la constante diélectrique dans une ou plusieurs directions, ont également été développées. Selon le nombre de directions, ces structures sont désignées par l’appellation de cristaux photoniques à une, deux ou trois dimensions. Ces matériaux ont été découverts par Eli Yablonovitch à la fin des années 80 (Eli Yablonovitch. Inhibited spontaneous émission in solid-state physics and electronics, Physical review letters, 58(20):2059, 1987). Forbidden photonic band (s) structures exist in the natural state, for example opal. Artificial photonic band (s) structures which have a periodic modulation of the dielectric constant in one or more directions have also been developed. According to the number of directions, these structures are designated by the name of photonic crystals with one, two or three dimensions. These materials were discovered by Eli Yablonovitch in the late 1980s (Eli Yablonovitch, Inhibited Spontaneous Emission in Solid State Physics and Electronics, Physical Review Letters, 58 (20): 2059, 1987).
Depuis les travaux de Yablonovitch, il est par ailleurs connu que la nature périodique des cristaux est un facteur déterminant dans leur capacité à posséder des bandes interdites photoniques complètes (omnidirectionnelles).  Since the work of Yablonovitch, it is also known that the periodic nature of crystals is a determining factor in their ability to have complete photonic band gaps (omnidirectional).
Les matériaux unidimensionnels (1D) à bande(s) photonique(s) interdite(s) possèdent une permittivité électrique périodique dans une direction et uniforme dans les deux autres directions. La Figure 1 décrit une telle structure qui consiste en un empilement de deux couches alternées de matériaux homogènes ayant des constantes diélectriques e différentes. Ces structures existent depuis longtemps et sont utilisées, par exemple, en optique pour obtenir des miroirs sans pertes (miroirs de Bragg). Unidimensional (1D) materials with a prohibited photonic band (s) have periodic electrical permittivity in one direction and are uniform in two other directions. Figure 1 describes such a structure which consists of a stack of two alternating layers of homogeneous materials having different dielectric constants e. These structures have existed for a long time and are used, for example, in optics to obtain lossless mirrors (Bragg mirrors).
Une structure photonique bidimensionnelle (2D) est une structure qui présente une modulation périodique de la permittivité diélectrique suivant deux directions de l’espace, et homogène dans la troisième. Les propriétés optiques des structures bidimensionnelles sont fortement dépendantes de la polarisation de Fonde électromagnétique. Il existe plusieurs façons de réaliser ces structures bidimensionnelles. Par exemple, on peut placer des tiges diélectriques dans l’air ou encore dans un autre diélectrique de façon périodique (Figure 2). Afin d’ouvrir des bandes interdites larges, il faut un contraste d’indice ou de permittivité (rapport entre les indices ou les permittivités respectives du milieu et des tiges) suffisamment grand. Une structure photonique bidimensionnelle peut aussi être constituée d’un ensemble de trous percés dans un diélectrique. Les réponses optiques de ces structures dépendent de la polarisation et peuvent ne pas posséder une bande interdite complète. On parle d’une bande interdite photonique complète lorsque la structure interdit la propagation pour toutes les directions dans le plan de la périodicité, quelle que soit la polarisation. Il existe une bande interdite de propagation dans toutes les directions du plan pour la polarisation TM, alors que les bandes interdites pour la polarisation TE ne se couvrent pas. La polarisation TM correspond au champ électrique orthogonal au plan de périodicité. La polarisation TE correspond au champ électrique dans le plan de périodicité. La bande interdite photonique complète peut signifier: soit la polarisation TM complète (omnidirectionnelle), soit la polarisation TE complète (omnidirectionnelle), soit les deux polarisations simultanées TE et TM complètes (omnidirectionnelles) dont les bandes interdites photoniques complètes se recouvrent. La Figure 3 montre qu’il n’y a pas de bande interdite complète pour ce réseau carré pour la polarisation TE, mais qu’il existe une bande interdite complète dans toutes les directions du plan pour la polarisation TM.  A two-dimensional photonic structure (2D) is a structure that presents a periodic modulation of the dielectric permittivity along two directions of space, and homogeneous in the third. The optical properties of two-dimensional structures are highly dependent on the electromagnetic wave bias. There are several ways to make these two-dimensional structures. For example, dielectric rods can be placed in the air or in another dielectric periodically (Figure 2). In order to open wide forbidden bands, a contrast of index or permittivity (ratio between the indices or the respective permittivities of the medium and of the stems) is needed which is sufficiently large. A two-dimensional photonic structure may also consist of a set of holes drilled in a dielectric. The optical responses of these structures depend on the polarization and may not have a complete band gap. We speak of a complete photonic forbidden band when the structure forbids the propagation for all the directions in the plane of the periodicity, whatever the polarization. There is a bandgap propagation in all directions of the plane for the TM polarization, while the bands forbidden for the TE polarization do not cover. The TM polarization corresponds to the electric field orthogonal to the periodicity plane. The TE polarization corresponds to the electric field in the periodicity plane. The complete photonic forbidden band can mean: either the complete TM polarization (omnidirectional), the complete TE polarization (omnidirectional), or the two complete TE and TM simultaneous polarizations (omnidirectional) whose complete photonic forbidden bands overlap. Figure 3 shows that there is no complete band gap for this square array for the TE polarization, but that there is a complete band gap in all directions of the plane for the TM polarization.
Les structures tridimensionnelles (3D), sont des structures dont la constante diélectrique est structurée périodiquement dans les trois directions. Il existe une infinité de géométries possibles pour des structures tridimensionnelles. Mais seulement quelques-unes présentent une bande photonique interdite complète. La structure du diamant (Figure 4) possède une Bande Interdite Photonique (BIP) complète telle que représentée sur la Figure 5. Depuis les travaux de Yablonovitch, il est connu que la nature périodique des cristaux est un facteur déterminant dans leur capacité à posséder des bandes interdites photoniques complètes. Three-dimensional structures (3D) are structures whose dielectric constant is periodically structured in three directions. There is an infinity of possible geometries for three-dimensional structures. But only a few have a complete banned photonic band. The diamond structure (Figure 4) has a complete Photonic Prohibited Band (BIP) as shown in Figure 5. Since Yablonovitch's work, it is known that the periodic nature of crystals is a determining factor in their ability to possess complete photonic prohibited bands.
Par ailleurs, la demande de brevet US2012/138864 décrit la fabrication d’une hétérostructure désordonnée avec une bande interdite complète. Ce document décrit la construction numérique d’un motif de points hyperuniformes désordonnés en translation.  Furthermore, the patent application US2012 / 138864 describes the manufacture of a disordered heterostructure with a complete bandgap. This document describes the numerical construction of a motive of hyperuniform points disordered in translation.
Les structures bidimensionnelles à bande(s) interdite(s) photonique(s) complète(s) présentent l'avantage d'être faciles à fabriquer. Les structures tridimensionnelles à bande(s) interdite(s) photonique(s) complète(s) ont un plus grand champ d’applications, mais sont plus difficiles à fabriquer.  Two-dimensional structures with complete photonic prohibited band (s) have the advantage of being easy to manufacture. Three-dimensional structures with a complete photonic forbidden band (s) have a greater field of application, but are more difficult to manufacture.
Il existe donc un besoin de disposer de structures bidimensionnelles ou tridimensionnelles à BIP plus aisées à fabriquer, de dimensions variables allant du micron au mètre, tout en respectant les contraintes imposées par l’organisation structurale de ladite structure et pour l’obtention d’une ou plusieurs bande(s) passante(s) notamment complète(s) qui, de préférence, ne dépendent pas de la direction ou de la polarisation des ondes.  There is therefore a need for two-dimensional or three-dimensional BIP structures that are easier to manufacture, of variable size ranging from one micron to one meter, while respecting the constraints imposed by the structural organization of said structure and for obtaining a or more bandwidth (s) including complete (s) which, preferably, do not depend on the direction or polarization of the waves.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art connu. Elle vise notamment à simplifier la fabrication des structures photoniques fonctionnant dans les deux ou trois dimensions de l’espace, et à réduire ainsi leur coût et à améliorer leurs performances.  The present invention aims to overcome the disadvantages of the methods and devices of the prior art. It aims in particular to simplify the manufacture of photonic structures operating in two or three dimensions of space, and thus reduce their cost and improve their performance.
Un des objectifs de la présente invention est de fournir des structures photoniques pourvues de bande(s) interdite(s) photonique(s), notamment de bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s).  One of the objectives of the present invention is to provide photonic structures provided with prohibited photonic band (s), in particular complete prohibited photonic band (s).
Un des objectifs de la présente invention est de fournir des structures photoniques pourvues de bande(s) interdite(s) photonique(s), notamment de bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) large(s).  One of the objectives of the present invention is to provide photonic structures provided with photon-prohibited band (s), in particular photonic band (s) prohibited (s) complete (s) wide (s) .
L’un des autres objectifs de l’invention est un procédé de fabrication d’une telle structure et son utilisation dans le domaine de l’optique notamment comme guide d’onde de formes libres, ou bien des pièges quantiques permettant de piéger des photons dans ladite structure (métamatériau).  Another objective of the invention is a method of manufacturing such a structure and its use in the field of optics, especially as waveguides of free forms, or quantum traps for trapping photons. in said structure (metamaterial).
Le procédé de l’invention peut aussi servir à fabriquer de nouveaux colorants résistants (la couleur étant donnée par la structure du métamatériau et non par des composés chimiques). Ls structures photoniques de l’invention permettent notamment de choisir précisément des longueurs d’ondes réfléchies. The process of the invention can also be used to manufacture new resistant dyes (the color being given by the structure of the metamaterial and not by chemical compounds). The photonic structures of the invention make it possible in particular to choose precisely reflected wavelengths.
La présente invention a donc pour premier objet l’utilisation d’une structure alvéolaire, notamment solide, pour la préparation d’une structure alvéolaire photonique, notamment solide, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire, notamment solide, étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  The present invention therefore firstly relates to the use of a cellular structure, especially a solid structure, for the preparation of a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete prohibited photonic strip (s). (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular structure, in particular solid, being characterized in that it comprises:
-une phase continue, notamment solide, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire, notamment solide, est de 10% à 60%.  a continuous phase, in particular a solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%.
Dans un mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  In a preferred embodiment the invention relates to the use of a cellular solid structure, for the preparation of a solid photonic alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
- une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire, notamment solide est de 10% à 60%.  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges that define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%.
Dans un mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire comprend :  In a preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s). ) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular solid structure comprises:
- une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide est de 10% à 60%. a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal void cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and wherein the value of the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%.
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 110° à 130° lorsque la structure alvéolaire solide est en 2D et de 100° à 120° lorsque la structure alvéolaire solide est en 3D, et  in which the angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, hyperuniforme non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire comprend :  In a preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline hyperuniform having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular solid structure comprises:
- une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide est de 10% à 60%.  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges that define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%.
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 110° à 130° lorsque la structure alvéolaire solide est en 2D et de 100° à 120° lorsque la structure alvéolaire solide est en 3D, et  in which the angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative sr2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid alveolar structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D.  In another preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range in which the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D. In another preferred embodiment, the invention relates to the use of a solid self-assembled cellular structure, for the preparation of a cellular solid structure. photonic, non-crystalline, disordered hyperuniform having one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for possible polarization of a wavelength range data in which the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne G utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 109,5°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D.  In another preferred embodiment, the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s). ) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, in which the value of the angle of the polyhedra or polygon is 109.5 °, when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 109,5°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D.  In another preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, in which the angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 °, when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, dans laquelle la poly dispersivité de ladite structure solide alvéolaire auto assemblée est inférieure à 20%.  In another preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited ( s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, wherein the poly dispersivity of said self assembled solid cell structure is less than 20%.
Dans un autre mode préféré l’invention concerne l’utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, dans laquelle la polydispersivité de ladite structure solide alvéolaire auto assemblée est inférieure à 20%. Selon un mode préféré de l’invention, la structure solide alvéolaire auto assemblée utilisée pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est une mousse 2D ou 3D. In another preferred embodiment the invention relates to the use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, wherein the polydispersity of said self assembled solid cell structure is less than 20%. According to a preferred embodiment of the invention, the self-assembled cellular solid structure used for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) ) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, is a 2D or 3D foam.
Selon un mode préféré de l’invention, la structure solide alvéolaire auto assemblée utilisée pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est une mousse 2D ou 3D.  According to a preferred embodiment of the invention, the self-assembled cellular solid structure used for the preparation of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline having one or more photonic band (s) prohibited (s) complete ( s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, is a 2D or 3D foam.
La «valeur de la fraction volumique de la structure alvéolaire», désigne le rapport entre le volume de la phase solide continue et le volume de la totalité de la structure solide alvéolaire.  The "value of the volume fraction of the honeycomb structure" refers to the ratio of the volume of the solid continuous phase to the volume of the total cellular solid structure.
Par «volume de la totalité de la structure solide alvéolaire», on entend la somme des volumes respectivement occupés par la phase solide continue, et par les alvéoles.  By "volume of the entire cellular solid structure" is meant the sum of the volumes respectively occupied by the continuous solid phase, and by the cells.
Dans le cas de structures 2D, on utilise également la notion de «fraction surfacique de la structure alvéolaire» qui représente le rapport de la surface de la phase continue, notamment solide, sur la surface totale de la structure, étant entendu que la structure continue, notamment solide, est représentée par la phase continue, notamment solide, constituée par l’ensemble des bords de Plateau des arêtes de la structure alvéolaire, notamment solide, de la présente invention.  In the case of 2D structures, the notion of "surface fraction of the honeycomb structure" is also used, which represents the ratio of the surface of the continuous phase, in particular solid phase, to the total surface of the structure, it being understood that the structure continues , in particular solid, is represented by the continuous phase, in particular solid phase, constituted by the set of edges of the edge plate of the cellular structure, in particular solid, of the present invention.
De manière surprenante, les inventeurs de la présente demande ont trouvé que les propriétés de bande photonique interdite complète peuvent être incorporées dans certains matériaux non cristallins (c'est-à-dire non périodiques), y compris dans des structures substantiellement hyperuniformes ou hyperuniformes désordonnées obtenues par assemblage ou auto-assemblage d’une pluralité de particules, de gouttes ou de bulles de forme substantiellement alvéolaire, ronde, ovale, sphérique ou ellipsoïdale.  Surprisingly, the inventors of the present application have found that complete prohibited photon band properties can be incorporated into certain non-crystalline (i.e. non-periodic) materials, including in substantially hyperuniform or hyperuniform disordered structures. obtained by assembling or self-assembling a plurality of particles, drops or bubbles of substantially alveolar, round, oval, spherical or ellipsoidal shape.
Dans un mode préféré de l’invention, les structures solides alvéolaires auto assemblées, sont désordonnées, non cristallines et possèdent une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données.  In a preferred embodiment of the invention, the self-assembled cellular solid structures are disordered, non-crystalline and have one or more complete prohibited photonic band (s) for a range of wavelengths. data or for a possible polarization of a given wavelength range.
Dans un mode préféré de l’invention, les structures solides alvéolaires auto assemblées, sont hyperuniformes désordonnées, non cristallines et possèdent une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données. On appelle «structures hyperuniformes», des structures désordonnées mais qui possèdent des corrélations géométriques dans lesquelles les fluctuations de densité tendent vers zéro, les rendant ainsi homogènes à grande échelle. On appelle des structures substantiellement hyperuniformes dans lesquelles la réduction des fluctuations de densité est de l’ordre de 10%, pour une échelle de longueur égale à dix fois la taille caractéristique Dm des alvéoles. In a preferred embodiment of the invention, the self-assembled cellular solid structures are hyperuniform disordered, non-crystalline and possess one or several complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range. "Hyperuniform structures" are disordered structures that have geometric correlations in which density fluctuations tend to zero, making them homogeneous on a large scale. Substantially hyperuniform structures are called in which the reduction of density fluctuations is of the order of 10%, for a scale of length equal to ten times the characteristic size Dm of the cells.
La valeur de Dm est: The value of D m is:
• en 2D Dm= (Surface moyenne) 1/2 • in 2D D m = (Average surface) 1/2
• en 3D : Dm= (Volume moyen) 1/3 L’hyperuniformité est définie par :0(r) = å£ I/£ d (r— r£)
Figure imgf000009_0001
• in 3D: D m = (average volume) 1/3 The hyperuniformity is defined by: 0 (r) = å £ I / £ d (r- r £ )
Figure imgf000009_0001
avec: with:
c la densité spectrale c the spectral density
0(q r) la transformée de Fourier de f (r) , où 0(r) = å£ F£5(r— r£) avec Vi le volume de l’alvéole i et q la position de son centre de masse 0 (qr) the Fourier transform of f (r), where 0 (r) = å £ F £ 5 (r- r £ ) with Vi the volume of the cell i and q the position of its center of mass
N le nombre d’alvéoles. N the number of cells.
On parle d’hyperuniformité lorsque : We talk about hyperuniformity when:
lim x{q) = 0  lim x {q) = 0
q® 0  q® 0
On entend «substantiellement hyperuniforme», lorsque :
Figure imgf000009_0002
"Substantially hyperuniform" means:
Figure imgf000009_0002
Cette définition concerne les structures tridimensionnelles (3D). Elle est aussi valable pour les structures bidimensionnelles (2D) en remplaçant le volume de l’alvéole par la surface de l’alvéole. Les structures de la présente invention sont obtenues de préférence par auto- assemblage de sous-structures de formes alvéolaires polyèdriques ou polygonales, notamment à partir de particules, de gouttes ou de bulles. This definition concerns three-dimensional structures (3D). It is also valid for two-dimensional structures (2D) by replacing the volume of the cell by the surface of the cell. The structures of the present invention are preferably obtained by self-assembly of substructures of polyhedral or polygonal alveolar shapes, especially from particles, drops or bubbles.
Le terme «structure», tel qu'il est utilisé ici, n'est pas destiné à être limité au concept d'un assemblage de sous éléments ou de sous structures. Une structure selon la présente invention comprend une pluralité de sous éléments auto-assemblés dont le nombre la taille contribue(nt) au caractère bi ou tridimensionnel de la structure. Le nombre la taille la disposition dans l’espace des sous éléments de la structure défïnit(ssent) la forme fonction de la structure. Au sens de la présente invention, les sous éléments de la structure sont des particules, des gouttes ou des bulles dont l’assemblage conduit à la formation d’alvéoles polyédriques ou polygonales. Les particules sont des éléments ou objets solides, les gouttes sont des éléments issus de deux milieux non miscibles, préférentiellement liquides, et les bulles sont constituées de gaz ou de mélange de gaz. Lorsque les sous éléments sont des bulles de gaz entourées d’un film liquide de polymère réticulable, la structure est obtenue par l’auto-assemblage de ces bulles. La phase solide continue de la structure résulte de la polymérisation du film polymérique enrobant les bulles de gaz. Les sous éléments de la structure peuvent être des particules sphéroïdes de nature organique ou inorganique. L’auto-assemblage de sous éléments peut être obtenu par dépôt en 2D ou 3D ou par sédimentation. La structure obtenue par auto-assemblage de sous éléments ou de sous structures telles que des bulles est de type mousse liquide ou sèche.  The term "structure" as used herein is not intended to be limited to the concept of an assembly of sub-elements or substructures. A structure according to the present invention comprises a plurality of self-assembled sub-elements whose number of the size contributes to the bi or three-dimensional character of the structure. The number the size the layout in the space of the sub-elements of the structure defaults (ssent) the form function of the structure. For the purposes of the present invention, the sub-elements of the structure are particles, drops or bubbles whose assembly leads to the formation of polyhedral or polygonal cells. The particles are elements or solid objects, the drops are elements from two immiscible media, preferably liquid, and the bubbles consist of gas or gas mixture. When the sub-elements are gas bubbles surrounded by a crosslinkable liquid polymer film, the structure is obtained by self-assembly of these bubbles. The continuous solid phase of the structure results from the polymerization of the polymeric film coating the gas bubbles. The sub-elements of the structure may be spheroidal particles of organic or inorganic nature. The self-assembly of sub-elements can be obtained by 2D or 3D deposition or by sedimentation. The structure obtained by self-assembly of sub-elements or substructures such as bubbles is of liquid or dry foam type.
Par structure 2D, on entend:  By 2D structure, we mean:
• Une structure 2D simple obtenue par exemple à partir d’une feuille d’un certain indice dans laquelle ladite structure est découpée puis disposée entre deux plaques d’indice permettant la création d’un guide d’onde 2D, ou  A simple 2D structure obtained for example from a sheet of a certain index in which said structure is cut out and then arranged between two index plates allowing the creation of a 2D waveguide, or
• Une structure 2D dérivée, qui correspond à une structure 2D dans le plan (x,y) étirée de façon homogène selon l’axe z.  • A derived 2D structure, which corresponds to a 2D structure in the plane (x, y) stretched homogeneously along the z axis.
Selon la présente invention, le terme « alvéole » ou structure alvéolaire correspond au sous-système répétitif constituant la structure photonique. Le terme peut être utilisé ici plus largement pour désigner, sans limitation, n'importe quel assemblage de sous-structures polyédriques ou polygonales pour former toute structure 2D ou 3D, notamment une structure 2D ou 3D de Kelvin ou de Weaire-Phelan (Figure 6). Dans une structure 2D, les sous-structures polyédriques ou polygonales sont disposées les unes par rapport aux autres sous la forme d'un réseau dans un seul plan. Les alvéoles sont contigües. On appelle un bord de Plateau de surface, le lieu de rencontre entre deux alvéoles. La jonction entre trois bords de Plateau de surface est un nœud en 2D. Les angles entre les trois bords de Plateau de surface varient de 110° à 130°, en 2D. Dans une structure 2D, la valeur de l’angle est généralement de 120°. Dans une structure 3D, on appelle un bord de Plateau, le lieu de rencontre entre trois alvéoles et quatre bords de Plateau forment une jonction appelée nœud. Ils se croisent avec des angles variant de 100° à 120°, mais l’angle est généralement de 109,5°. La structure alvéolaire, notamment solide, de l’invention peut être soit bidimensionnelle, soit tridimensionnelle. According to the present invention, the term "alveole" or cellular structure corresponds to the repetitive subsystem constituting the photonic structure. The term can be used here more broadly to designate, without limitation, any assembly of polyhedral or polygonal substructures to form any 2D or 3D structure, in particular a 2D or 3D structure of Kelvin or Weaire-Phelan (Figure 6 ). In a 2D structure, the polyhedral or polygonal substructures are arranged to each other in the form of a network in a single plane. The cells are contiguous. A surface shelf edge is called the meeting point between two cells. The junction between three edges of Surface Tray is a 2D node. The angles between the three Surface Plate edges range from 110 ° to 130 ° in 2D. In a 2D structure, the value of the angle is usually 120 °. In a 3D structure, we call a Plateau edge, the meeting place between three cells and four Plateau edges form a junction called node. They intersect with angles ranging from 100 ° to 120 °, but the angle is usually 109.5 °. The cellular structure, in particular solid, of the invention can be either two-dimensional or three-dimensional.
La structure alvéolaire, notamment solide, impliquée dans l’invention peut être obtenue à partir de l’auto-assemblage de particules, qui peuvent être déformables, ou de bulles monodisperses ou de faible polydispersivité formant ainsi une structure qui comprend une phase continue, notamment solide, et des alvéoles vides polyédriques ou polygonales.  The cellular structure, in particular solid, involved in the invention can be obtained from the self-assembly of particles, which can be deformable, or of monodisperse or low polydispersity bubbles thus forming a structure which comprises a continuous phase, in particular solid, and polyhedral or polygonal void cells.
La monodispersivité signifie que sur l’ensemble des tailles (Di, D2, ...) : Monodispersivity means that over all sizes (Di, D 2 , ...):
a(D)  a (D)
P = < 5%  P = <5%
Dmoyenne  Dmoyenne
La faible polydispersivité signifie que sur l’ensemble des tailles (Di, D2, ...) : Low polydispersivity means that over all sizes (Di, D 2 , ...):
a(D)  a (D)
P = < 20 %  P = <20%
Dmoyenne  Dmoyenne
Les structures alvéolaires solides de la présente invention sont obtenues à partir de l’auto-assemblage de particules ou de bulles de polydispersivité P comprise de 5 à 20%. The solid cellular structures of the present invention are obtained from the self-assembly of particles or polydispersity bubbles P of 5 to 20%.
Au sens de la présente invention, une phase continue, notamment solide, correspond à un matériau dont le rapport: constante diélectrique de la structure alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2.  For the purposes of the present invention, a continuous phase, in particular a solid phase, corresponds to a material whose dielectric constant ratio of the alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2.
Lorsque la structure alvéolaire, notamment solide, est tridimensionnelle, les alvéoles vides polyédriques ou polygonales sont de type à cellules ouvertes ( open-cell selon la terminologie anglo-saxonne) ou à cellules fermées ( closed-cell selon la terminologie anglo-saxonne).  When the alveolar structure, in particular solid, is three-dimensional, the polyhedral or polygonal empty cells are of open-cell type (open-cell according to the English terminology) or closed-cell (closed-cell according to the English terminology).
Dans l’expression alvéole vide, le terme vide désigne le fait que:  In empty cell expression, the term empty refers to the fact that:
- soit l’alvéole est dépourvue de matière, - soit l’alvéole contient un milieu constitué d’air, de gaz, ou de liquide, sous réserve que la constante diélectrique du milieu contenu dans l’alvéole réponde aux conditions énoncées ci-dessus. - the cell is devoid of material, - Or the cell contains a medium consisting of air, gas, or liquid, provided that the dielectric constant of the medium contained in the cell meets the conditions set out above.
Par définition, dans la présente description, la constante diélectrique des alvéoles correspond soit à la constante diélectrique du vide soit à la constante diélectrique du milieu qu’elle contient.  By definition, in the present description, the dielectric constant of the cells corresponds either to the dielectric constant of the vacuum or to the dielectric constant of the medium which it contains.
Ainsi, en sélectionnant de manière appropriée la nature des matériaux utilisés en fonction des valeurs de leurs constantes diélectriques, de l'épaisseur de la phase continue, notamment solide, du volume des alvéoles vides, ou d'une manière générale, les propriétés physiques des différents constituants de la structure et les dimensions géométriques des alvéoles, il est possible d’obtenir la ou les bande(s) interdite(s) photonique(s) complète(s) désirée(s), dans une gamme de fréquences prédéterminée.  Thus, by appropriately selecting the nature of the materials used as a function of the values of their dielectric constants, the thickness of the continuous phase, in particular the solid phase, the volume of the empty cells, or, in general, the physical properties of the different constituents of the structure and the geometric dimensions of the cells, it is possible to obtain the complete photonic prohibited band (s) prohibited (s), in a predetermined frequency range.
Dans une structure alvéolaire photonique, notamment solide, selon la présente invention, la ou les position(s) de la ou des bande(s) photonique(s) dans la ou les bande(s) fréquentielle(s) est (sont) ainsi déterminée(s) par la position, la forme et les caractéristiques physiques de la phase continue, notamment solide, et des alvéoles de ladite structure. Autrement dit, la largeur de la ou les bande(s) interdite(s) photonique(s) complète(s) désirée(s), est fixée notamment par l’épaisseur des bords de Plateau des arêtes des polyèdres ou polygones formant la phase continue, notamment solide, de la structure. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la structure alvéolaire photonique est solide, mais elle peut être constituée de liquide de constante diélectrique d’au moins 2 ou d’un gel.  In a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, according to the present invention, the position (s) of the photonic band (s) in the frequency band (s) is (are) thus determined by the position, shape and physical characteristics of the continuous phase, in particular solid phase, and the cells of said structure. In other words, the width of the desired complete photonic band (s) is (are) fixed in particular by the thickness of the edge edges of the polyhedron or polygon edges forming the phase. continuous, especially solid, structure. According to an advantageous embodiment of the invention, the photonic alveolar structure is solid, but it may consist of a liquid with a dielectric constant of at least 2 or a gel.
Par «fraction volumique de la structure alvéolaire» il est entendu, au sens de la présente invention le rapport du volume de la phase continue, notamment solide, sur le volume total de la structure, étant entendu que la structure continue, notamment solide, est représentée par la phase continue, notamment solide, constituée par l’ensemble des bords de Plateau des arêtes de la structure alvéolaire, notamment solide, de la présente invention.  By "volume fraction of the honeycomb structure" is meant, in the sense of the present invention, the ratio of the volume of the continuous phase, in particular solid, to the total volume of the structure, it being understood that the continuous structure, in particular solid, is represented by the continuous phase, in particular solid, constituted by the set of edges of the edge plate of the cellular structure, in particular solid, of the present invention.
La structure alvéolaire, notamment solide, photonique de la présente invention affecte le passage de photons (c'est-à-dire, des ondes électromagnétiques). Une lumière d'une certaine longueur d'onde (ou, plus précisément, dans une certaine plage ou "bande" de longueurs d'onde) entrant dans un matériau photonique, par exemple la structure alvéolaire solide de la présente invention dans une certaine direction peut ou non traverser ledit matériau en fonction de la manière dont elle est réfractée. Parce qu'une onde lumineuse est une excitation électromagnétique qui oscille dans un plan, son passage dans une structure donnée dépend aussi de l'orientation du plan dans lequel l'onde se déplace. The cellular, especially solid, photonic structure of the present invention affects the passage of photons (i.e., electromagnetic waves). A light of a certain wavelength (or, more precisely, within a certain range or "band" of wavelengths) entering a photonic material, for example the solid cellular structure of the present invention in a certain direction may or may not pass through said material depending on how it is refracted. By that a light wave is an electromagnetic excitation that oscillates in a plane, its passage in a given structure also depends on the orientation of the plane in which the wave moves.
Dans une hétérostructure diélectrique, la lumière se déplace à travers un mélange hétérogène de matériaux ayant différentes constantes diélectriques et, par conséquent, différentes vitesses de lumière.  In a dielectric heterostructure, light travels through a heterogeneous mixture of materials having different dielectric constants and, therefore, different light speeds.
Une onde lumineuse est pourvue d’un champ électrique qui oscille le long d'un axe perpendiculaire à sa direction de propagation et d’un champ magnétique qui se propage le long d'un axe perpendiculaire à l'axe du champ électrique et à sa direction de propagation. Dans l’invention, on utilise comme base la polarisation rectiligne. En général, les ondes lumineuses se propageant dans une certaine direction peuvent être décomposées en une combinaison de deux polarisations rectilignes indépendantes, classiquement choisies pour être perpendiculaires entre elles (et avec la direction de propagation). L’axe de l’oscillation du champ électrique est appelé direction de polarisation. La lumière provenant d'une source peut être polarisée, ce qui signifie qu’une majorité d’ondes lumineuses voyageant dans la même direction auront le même axe d'oscillation du champ électrique.  A light wave is provided with an electric field that oscillates along an axis perpendicular to its direction of propagation and a magnetic field that propagates along an axis perpendicular to the axis of the electric field and its direction of propagation. In the invention, the rectilinear polarization is used as the basis. In general, the light waves propagating in a certain direction can be decomposed into a combination of two independent rectilinear polarizations, classically chosen to be perpendicular to each other (and with the direction of propagation). The axis of the oscillation of the electric field is called polarization direction. Light from a source may be polarized, which means that a majority of lightwaves traveling in the same direction will have the same axis of oscillation of the electric field.
Dans les matériaux photoniques bidimensionnels (ou matériaux photoniques tridimensionnels à symétrie azimutale), le matériau est utilisé de telle sorte que la lumière se propage le long des deux dimensions (ou dans le plan perpendiculaire à la direction azimutale). La direction de polarisation du champ électrique, qui doit être perpendiculaire au plan de propagation est appelée polarisation TM ou la lumière polarisée TM. Par ailleurs, la direction de polarisation du champ électrique qui peut être dans le plan bidimensionnel (et perpendiculaire à la direction de propagation) est appelée lumière polarisée TE. Dans la mesure où des ondes électromagnétiques (ondes lumineuses) traversant une composition de matière interagissent avec des éléments diélectriques répartis dans le matériau comme des "obstacles" au libre passage de l'énergie, seules des ondes de certaines fréquences se déplaçant dans certaines directions, vont passer à travers le matériau. Pour une direction donnée du déplacement de la lumière, le matériau peut permettre à une ou plusieurs plages distinctes, ou "bandes”, de passer à travers tout en interdisant à une autre plage de la traverser complètement. Ces plages interdites définissent des «bandes interdites» dans un matériau. Pour la structure 2D ou la structure 2D dérivée, l’expression bande interdite photonique complète s’entend comme soit la bande interdite photonique complète pour la polarisation TE, soit la bande interdite photonique complète pour la polarisation TM, soit la bande interdite photonique complète pour les deux polarisations TE et TM pour les mêmes fréquences. In two-dimensional photonic materials (or azimuthally symmetric three-dimensional photonic materials), the material is used so that light travels along both dimensions (or in the plane perpendicular to the azimuthal direction). The polarization direction of the electric field, which must be perpendicular to the plane of propagation is called TM polarization or TM polarized light. On the other hand, the direction of polarization of the electric field which may be in the two-dimensional plane (and perpendicular to the direction of propagation) is called TE polarized light. Insofar as electromagnetic waves (light waves) passing through a composition of matter interact with dielectric elements distributed in the material as "obstacles" to the free passage of energy, only waves of certain frequencies moving in certain directions, will go through the material. For a given direction of light displacement, the material may allow one or more discrete ranges, or "bands," to pass through while preventing another range from traversing it completely.These forbidden ranges define "forbidden bands" In a material. For the 2D structure or the derived 2D structure, the complete photonic bandgap expression is understood as either the complete photonic bandgap for the TE polarization, or the complete photonic bandgap for the TM polarization, or the complete photonic bandgap for the two TE and TM polarizations for the same frequencies.
Pour la structure 3D, l’expression bande interdite photonique complète s’entend comme une bande interdite quelle que soit la polarisation.  For the 3D structure, the complete photonic bandgap expression is understood as a bandgap irrespective of the polarization.
Selon l’invention, la bande interdite photonique est omnidirectionnelle, dans le plan (x,y) pour 2D et dans toutes les directions pour 3D.  According to the invention, the photonic band gap is omnidirectional, in the plane (x, y) for 2D and in all directions for 3D.
Dans un autre aspect de l’invention, la structure solide alvéolaire peut être utilisée comme contre-moule pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique ayant les caractéristiques physiques définies ci-dessus.  In another aspect of the invention, the cellular solid structure may be used as a counter mold for the preparation of a photonic alveolar solid structure having the physical characteristics defined above.
Le terme contre- moule indique que la structure solide alvéolaire a la même forme que la structure solide alvéolaire photonique de l’invention, mais qu’elle n’est pas dans le matériau approprié, ou bien qu’elle n’est pas recouverte de matériau approprié.  The term counter mold indicates that the cellular solid structure has the same shape as the photonic alveolar solid structure of the invention, but is not in the appropriate material, or is not covered with appropriate material.
Lorsqu’ elle est utilisée comme contre-moule, la structure solide alvéolaire est par exemple constituée d’un polymère choisi parmi les acrylates, les méthacrylates, le polyuréthane ou le polystyrène, à titre non limitatif.  When it is used as a counter-mold, the cellular solid structure is for example composed of a polymer chosen from acrylates, methacrylates, polyurethane or polystyrene, without limitation.
Pour obtenir une structure solide alvéolaire photonique selon l’invention, le polymère constituant la sus-dite structure solide alvéolaire est remplacé par un alliage métallique, un semi-conducteur ou tout autre matériau tel que le rapport : constante diélectrique de la structure alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2.  In order to obtain a solid photonic cellular structure according to the invention, the polymer constituting the above-mentioned cellular solid structure is replaced by a metal alloy, a semiconductor or any other material such as the ratio: dielectric constant of the alveolar structure / constant The dielectric of the cells is at least 2.
Dans un autre aspect de l’invention, la sus-dite structure solide alvéolaire est utilisée pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique ayant les caractéristiques physiques, définies ci-dessus, et dont la surface de la structure solide continue comprend ou est constituée par un alliage métallique, un semi-conducteur ou un matériau d’indice optique diélectrique adapté à l’existence d’une bande photonique interdite pour une plage de longueurs d’ondes données.  In another aspect of the invention, the above-mentioned cellular solid structure is used for the preparation of a photonic alveolar solid structure having the physical characteristics defined above and whose surface of the continuous solid structure comprises or is formed by a metal alloy, a semiconductor or a dielectric optical index material adapted to the existence of a photon band prohibited for a given wavelength range.
L’invention concerne également une structure alvéolaire photonique, notamment solide, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire, notamment solide, étant caractérisée en ce qu’elle comprend : -une phase continue, notamment solide et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire, notamment solide, est de 10% à 60%, et The invention also relates to a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said cellular structure, in particular solid, being characterized in that it comprises: a continuous phase, in particular a solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 100° à de 130°, et  in which the value of the angle of the polyhedra or polygon varies from 100 ° to 130 °, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire, notamment solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. in which the ratio between the relative dielectric constant e ri of the cellular structure, in particular solid, or the surface of the structure, and the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5 .
La structure ci-dessus peut être en 2D ou 3D.  The structure above can be 2D or 3D.
L’invention concerne également une structure alvéolaire solide photonique, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide, étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  The invention also relates to a photonic solid alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths, said solid cellular structure being characterized in that it comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide, est de 10% à 60%, et  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 100° à de 130°, et  in which the value of the angle of the polyhedra or polygon varies from 100 ° to 130 °, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative sr2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid alveolar structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un autre mode préféré, l’invention concerne une structure alvéolaire photonique, notamment solide, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire, notamment solide étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  In another preferred embodiment, the invention relates to a photonic alveolar structure, in particular a solid structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a given possible polarization of a given wavelength range, said cellular structure, in particular solid structure being characterized in that it comprises:
-une phase continue, notamment solide, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire, notamment solide, est de 10% à 60%, et a continuous phase, in particular a solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the edges of the plate forming nodes, and in which the value of the volume fraction of said cellular structure, in particular solid, is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 109,5° ou de 120°, et  in which the angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 ° or 120 °, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure, alvéolaire, notamment solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the alveolar structure, especially solid, or of the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
La structure ci-dessus peut être en 2D ou 3D.  The structure above can be 2D or 3D.
Dans un mode préféré, l’invention concerne une structure solide 2D alvéolaire photonique, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  In a preferred embodiment, the invention relates to a solid photonic alveolar 2D structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization. a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure solide alvéolaire, est de 10% à 60%, et  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said cellular solid structure is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 110° et 130°, et notamment 120°, et  wherein the angle value of the polyhedra or polygon ranges from 110 ° to 130 °, and in particular 120 °, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure solide alvéolaire, ou de la surface de ladite structure, et la constante diélectrique relative sr2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure, or the surface of said structure, to the relative dielectric constant s r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un autre mode préféré, l’invention concerne une structure solide 3D alvéolaire photonique, possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire étant caractérisée en ce qu’elle comprend :  In another preferred embodiment, the invention relates to a solid 3D photonic alveolar structure, having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a polarization possible of a range of given wavelengths, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure solide alvéolaire, est de 10% à 60%, et dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 100° et 120°, et notamment 109,5°, et a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said cellular solid structure is from 10% to 60%, and in which the angle value of the polyhedra or polygon varies from 100 ° to 120 °, and in particular 109.5 °, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure solide alvéolaire, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r 2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure solide alvéolaire et la constante diélectrique relative sr2 du milieu remplissant les alvéoles est d’au moins 2, d’au moins 3, d’au moins 4 ou d’au moins 5. The ratio between the relative dielectric constant e ri of the cellular solid structure and the relative dielectric constant s r2 of the medium filling the cells is at least 2, at least 3, at least 4 or at least 5 .
Dans un mode préféré de l’invention, la structure alvéolaire solide photonique est une structure alvéolaire solide photonique auto assemblée, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide comprend :  In a preferred embodiment of the invention, the photonic solid alveolar structure is a self-assembled, disordered, non-crystalline photonic solid photon structure having one or more complete photonic band (s) for a range. of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide photonique, est de 10% à 60%, et  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said photonic solid alveolar structure is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D et est de 109,5° lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3 D, et  wherein the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is 2D and is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is 3D, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eGi de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative sr2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio between the relative dielectric constant e G i of the solid cellular structure, or the surface of the structure, and the relative dielectric constant s r 2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un mode préféré de l’invention, la structure alvéolaire solide photonique est une structure alvéolaire solide photonique auto assemblée, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide comprend :  In a preferred embodiment of the invention, the photonic solid alveolar structure is a self-assembled photonic solid cellular structure, a non-crystalline, disordered hyperuniform possessing one or more complete prohibited photonic band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide photonique, est de 10% à 60%, et a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and wherein the value of the volume fraction of said photonic solid alveolar structure is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D et est de 109,5° lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3 D, et  wherein the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is 2D and is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is 3D, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
Dans un mode préféré de l’invention, la structure alvéolaire solide photonique est une mousse 2D ou 3D. In a preferred embodiment of the invention, the photonic solid alveolar structure is a 2D or 3D foam.
La structure alvéolaire solide photonique ci-dessus définie est aussi désignée métamatériau.  The photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
De manière surprenante, les inventeurs de la présente demande ont trouvé, que la valeur de la fraction volumique (volume de la phase solide continue / volume de la totalité de la structure solide alvéolaire) permet l’optimisation de la largeur de la bande interdite photonique, par exemple par l’élargissement des bords de Plateau a un effet avantageux sur l’obtention de bandes interdites complètes.  Surprisingly, the inventors of the present application have found that the value of the volume fraction (volume of the continuous solid phase / volume of the entire cellular solid structure) allows the optimization of the width of the photonic band gap. for example by broadening the edges of the plate has an advantageous effect on obtaining complete forbidden bands.
Avantageusement, la fraction volumique définie comme le rapport entre le volume de la phase solide continue sur le volume total de la structure, est de 10%, 11%, Advantageously, the volume fraction defined as the ratio between the volume of the solid phase continues on the total volume of the structure, is 10%, 11%,
12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%,12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%,
27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%,27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41
42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56
57%, 58%, 59%, et 60% et de préférence de 15% à 60%, ou encore de préférence de 20 à 60%, ou encore de 10% à 15%, de 15% à 20%, de 20% à 25%, de 25% à 30%, de 30% à 35%, de 35% à 40%, de 40% à 45%, de 45% à 50%, de 50% à 55%, et de 55% à57%, 58%, 59%, and 60% and preferably from 15% to 60%, or more preferably from 20 to 60%, or from 10% to 15%, from 15% to 20%, 25% to 30%, 30% to 35%, 35% to 40%, 40% to 45%, 45% to 50%, 50% to 55%, and 55% to 35%. % at
60% 60%
L’élargissement des bords de Plateau peut être réalisé avant polymérisation ou solidification de la mousse; un flux uniforme de liquide passe au travers de la mousse. Le contrôle du débit du flux uniforme de liquide permet de contrôler la fraction volumique.  The widening of the edges of the tray can be carried out before polymerization or solidification of the foam; a uniform flow of liquid passes through the foam. Controlling the flow rate of the uniform flow of liquid makes it possible to control the volume fraction.
L’élargissement de la structure alvéolaire solide peut-être réalisé après l’auto- assemblage des particules ou des bulles par solidification, par exemple de la mousse en ajoutant un polymère réticulable et un initiateur de polymérisation dans la solution liquide utilisée pour former ladite structure alvéolaire solide, ou par trempage de la structure alvéolaire solide dans un bain de polymères. The enlargement of the solid cellular structure can be achieved after the self-assembly of the particles or bubbles by solidification, for example of the foam by adding a crosslinkable polymer and a polymerization initiator in the solution liquid used to form said solid cellular structure, or by dipping the solid cellular structure in a polymer bath.
Selon un mode de réalisation avantageux de la structure alvéolaire photonique de l’invention, la largeur de la bande interdite photonique de la structure alvéolaire est d’au moins 10%, notamment d’environ 20 à 25%.  According to an advantageous embodiment of the photonic alveolar structure of the invention, the width of the photonic band gap of the cellular structure is at least 10%, especially about 20 to 25%.
La largeur de la bande interdite photonique se définit comme :
Figure imgf000019_0001
The width of the photonic band gap is defined as:
Figure imgf000019_0001
avec, with,
Dw = a>2 - w i : C’est-à-dire, la différence entre les deux valeurs extrémales de la plage de fréquences interdites,  Dw = a> 2 - w i: That is, the difference between the two extremal values of the forbidden frequency range,
et w0 la fréquence centrale de la plage de fréquences interdites. and w 0 the center frequency of the forbidden frequency range.
Dans un mode de réalisation, les alvéoles vides (de type cellule-ouverte) substantiellement polyédriques ou polygonales communiquent entre elles. In one embodiment, the substantially polyhedral or polygonal void cells (of open-cell type) communicate with one another.
Dans un mode de réalisation avantageux la structure solide alvéolaire photonique de l’invention possède une bande photonique interdite complète.  In an advantageous embodiment, the photonic alveolar solid structure of the invention has a complete photonic bandgap.
Préférentiellement, les alvéoles vides de la structure de la présente invention sont remplies d’un milieu gazeux ou liquide, de préférence de l’air ou un gaz compatible avec la structure alvéolaire solide photonique, notamment d’un gaz ou tout autre matériau tel que le rapport : constante diélectrique de la structure solide alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2.  Preferably, the empty cells of the structure of the present invention are filled with a gaseous or liquid medium, preferably air or a gas compatible with the photonic solid cellular structure, in particular with a gas or any other material such as the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2.
Avantageusement, le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide photonique et la constante diélectrique relative 8r2 du milieu remplissant les alvéoles est d’au moins 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, à 20, 21 à 25, 26 à 30, 31 à 35 et 36 à 40. Advantageously, the ratio between the relative dielectric constant e ri of the photonic solid alveolar structure and the relative dielectric constant 8 r2 of the medium filling the cells is at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 21 to 25, 26 to 30, 31 to 35 and 36 to 40.
Par exemple la constante diélectrique relative er du silicium est 12, pour le visible rouge et l’infra-rouge proche ; celle de l’air est 1. For example, the relative dielectric constant e r of silicon is 12, for the visible red and the near infra-red; that of the air is 1.
Dans un mode de réalisation préféré, l'invention fournit une structure ayant un contraste diélectrique élevé, c’est-à-dire d’au moins 5.  In a preferred embodiment, the invention provides a structure having a high dielectric contrast, i.e. at least 5.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la phase solide est constituée ou est recouverte d’un semi-conducteur ou d’alliage métallique choisi notamment parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l’alumine (A1203), le carbure de tungstène (WC), l’arséniure de gallium (GaAs) et de l’arséniure de gallium aluminium (AlxGai_ xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe). In another preferred embodiment, the solid phase is constituted or is covered with a semiconductor or metal alloy selected in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 0 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga x As), titanium dioxide (Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
La structure alvéolaire solide photonique ci-dessus définie est aussi désignée métamatériau. The photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la structure solide alvéolaire photonique est constituée d’un semi-conducteur ou d’un alliage métallique notamment choisi parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l'alumine (AI2O3), le carbure de tungstène (WC), l'arséniure de gallium (GaAs) et de l'arséniure de gallium aluminium (AlxGai_xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe) etc. Dans ce type de réalisation, la structure initiale en polymère a été remplacée par ledit semi-conducteur ou ledit alliage métallique. In another preferred embodiment, the photonic cellular solid structure is constituted by a semiconductor or a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3) , tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (TiO 2 ), germanium (Ge), telluride lead (PbTe) etc. In this type of embodiment, the initial polymer structure has been replaced by said semiconductor or said metal alloy.
La structure alvéolaire solide photonique ci-dessus définie est aussi désignée métamatériau.  The photonic solid alveolar structure defined above is also referred to as metamaterial.
Dans un mode de réalisation préféré, la structure solide alvéolaire photonique comprend du silicium et de l'air, pour l’application en visible rouge ou infra-rouge proche.  In a preferred embodiment, the solid photonic honeycomb structure comprises silicon and air, for the application in visible red or near infrared.
La présente invention a pour autre objet une structure solide alvéolaire photonique possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide photonique comprend :  Another object of the present invention is a solid photonic cellular structure having one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a range. given wavelengths, said photonic solid alveolar structure comprises:
- une phase solide continue et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide photonique et de 10% à 60%,  a solid continuous phase and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges that define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and wherein the value of the volume fraction of said photonic solid alveolar structure and from 10% to 60%,
ladite phase solide étant recouverte ou constituée d’un semi-conducteur ou d’un alliage métallique choisi notamment parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l'alumine (Al203), le carbure de tungstène (WC), l'arséniure de gallium (GaAs) et de l'arséniure de gallium aluminium (AlxGai_xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe), et dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 109,5° ou de 120°, et dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide photonique et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. said solid phase being covered or consisting of a semiconductor or a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (TiO 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe) , and in which the angle value of the polyhedra or polygon is 109.5 ° or 120 °, and wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the photonic solid alveolar structure to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
La structure alvéolaire solide photonique selon la présente invention est une structure alvéolaire solide photonique auto assemblée, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est notamment une mousse.  The photonic solid alveolar structure according to the present invention is a self-assembled, disordered, non-crystalline photonic solid photon structure having one or more complete prohibited photonic band (s) for a range of wavelengths. data or for a possible polarization of a given wavelength range, is in particular a foam.
La structure alvéolaire solide photonique selon la présente invention est une structure alvéolaire solide photonique auto assemblée, hyperuniforme désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est notamment une mousse.  The photonic solid alveolar structure according to the present invention is an unconjugated, noncrystalline, hyperuniform, self-assembled, photonic solid cellular structure having one or more complete photonic band (es) for a range of lengths. given waves or for a possible polarization of a given wavelength range, is in particular a foam.
La structure locale des mousses notamment sèches est définie par les lois de Plateau: la structure en mousse sèche peut être représentée comme un réseau de canaux appelés bords de Plateau qui se rencontrent par 4 (3 en 2D) aux sommets appelés nœuds.  The local structure of especially dry foams is defined by Plateau's laws: the dry foam structure can be represented as a network of channels called Plateau edges that meet by 4 (3 in 2D) at the vertices called nodes.
La valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 110° à 130° lorsque la structure alvéolaire solide est en 2D et de 100° à 120° lorsque la structure alvéolaire solide est en 3D. Une mousse tend également à équilibrer la longueur des bords de Plateau; par exemple, lorsque deux bulles adjacentes fusionnent, la mousse va immédiatement réorganiser sa structure pour respecter à nouveau les lois de Plateau.  The angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D. Foam also tends to balance the length of the tray edges; for example, when two adjacent bubbles merge, the foam will immediately rearrange its structure to respect Plateau's laws again.
Selon la présente invention, tous les angles des polyèdres ou des polygones d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline, auto-assemblée, sont substantiellement identiques.  According to the present invention, all the angles of the polyhedra or polygons of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline, self-assembled, are substantially identical.
Selon la présente invention, tous les angles des polyèdres ou des polygones d’une structure solide alvéolaire photonique, hyperuniforme désordonnée, non cristalline, auto-assemblée, sont substantiellement identiques.  According to the present invention, all the angles of the polyhedra or polygons of a photonic alveolar solid structure, hyperuniform disordered, non-crystalline, self-assembled, are substantially identical.
Selon la présente invention, les structures solides alvéolaires photoniques, désordonnées, non cristallines, auto-assemblées possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide, comprennent : -une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans lesquelles la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide, est de 10% à 60%, et According to the present invention, photonic, disordered, non-crystalline, self-assembled photonic solid structures having one or more complete photonic band (s) are prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure, comprise: a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%, and
dans lesquelles la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D ou est de 109,5° lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D , et  in which the value of the angle of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D or is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is in 3D, and
dans lesquelles, en outre, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds sont de coordination 3 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D ou sont de coordination 4 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D.  in which, in addition, the meeting points of the plate edges forming nodes are coordination 3 when said photonic solid alveolar structure is in 2D or are coordination 4 when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
Selon la présente invention, les structures solides alvéolaires photoniques, hyperuniformes désordonnées, non cristallines, auto-assemblées possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide, comprennent :  According to the present invention, the solid photonic cellular, hyperuniform disordered, non-crystalline, self-assembled structures having one or more complete prohibited photon band (s) for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, said solid cellular structure, comprise:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans lesquelles la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide, est de 10% à 60%, et  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%, and
dans lesquelles la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D ou est de 109,5° lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D , et  in which the value of the angle of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D or is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is in 3D, and
dans lesquelles, en outre, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds sont de coordination 3 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D ou sont de coordination 4 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D.  in which, in addition, the meeting points of the plate edges forming nodes are coordination 3 when said photonic solid alveolar structure is in 2D or are coordination 4 when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
Selon la présente invention, les structures solides alvéolaires photoniques, désordonnées, non cristallines, auto-assemblées, possèdent une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données.  According to the present invention, the photonic cellular, disordered, non-crystalline, self-assembled, solid structures have one or more complete photonic band (s) prohibited for a given wavelength range.
Selon la présente invention, les structures solides alvéolaires photoniques, hyperuniformes désordonnées, non cristallines, auto-assemblées, possèdent une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données. According to the present invention, the photonic alveolar solid structures, hyperuniform disordered, non-crystalline, self-assembled, possess one or multiple photonic band (s) prohibited complete for a given wavelength range.
La polydispersité (ou polydispersivité) des structures solides alvéolaires photoniques, hyperuniformes désordonnées, non cristallines selon la présente invention influe sur la largeur maximale de la bande interdite.  The polydispersity (or polydispersivity) of the photonic cellular, hyperuniform, non-crystalline, hyperuniform structures according to the present invention influences the maximum width of the band gap.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, les alvéoles sont bidisperses ou polydisperses.  In a preferred embodiment of the invention, the cells are bidisperse or polydisperse.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, les alvéoles sont monodisperses. In another embodiment of the invention, the cells are monodisperse.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la polydispersivité des alvéoles de la structure solide alvéolaire photonique est de 1 à 20%. In a preferred embodiment of the invention, the polydispersivity of the cells of the photonic alveolar solid structure is from 1 to 20%.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, la polydispersivité des alvéoles est contrôlée, au cours de l’auto-assemblage des sous structures ou bulles lors de la formation de la structure alvéolaire solide, notamment une mousse.  In a preferred embodiment of the invention, the polydispersivity of the cells is controlled, during the self-assembly of the substructures or bubbles during the formation of the solid cellular structure, in particular a foam.
Afin d’obtenir une structure isotrope, la polydispersivité est supérieure à 1-5% et inférieure à 20%.  In order to obtain an isotropic structure, the polydispersivity is greater than 1-5% and less than 20%.
Dans un mode de réalisation préféré, la polydispersité des structures solides alvéolaires photoniques, désordonnées, non cristallines est de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, In a preferred embodiment, the polydispersity of photonic alveolar solid structures, disordered, non-crystalline, is 1%, 2%, 3%, 4%, 5%,
6%, 7%, 8%, 8%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19% ou 20%. 6%, 7%, 8%, 8%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19% or 20%.
Dans un mode de réalisation préféré, la polydispersité des structures solides alvéolaires photoniques, hyperuniformes désordonnées, non cristallines est de 1%, 2%, In a preferred embodiment, the polydispersity of photonic alveolar solid structures, hyperuniform disordered, non-crystalline is 1%, 2%,
3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 8%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%,3, 4, 5, 6, 7, 8, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,
19% ou 20% 19% or 20%
Une structure bidisperse selon la présente invention est caractérisée par un rapport de taille (SR pour size ratio ) de 80% et un rapport de nombre (NF) de 50%.  A bidisperse structure according to the present invention is characterized by a size ratio (SR) of 80% and a number ratio (NF) of 50%.
Une structure monodisperse est caractérisée par un rapport de taille (SR) de A monodisperse structure is characterized by a size ratio (SR) of
100% 100%
Pour une structure est la surface Pour une structureFor a structure is the surface For a structure
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
NF est défini comme le rapport de nombre : NF N petit NF is defined as the number ratio: NF N small
N petit N grand Dans un mode de réalisation préféré, la structure solide alvéolaire photonique, comprend au moins deux populations d’alvéoles de tailles différentes. Des alvéoles de taille inférieure à la taille moyenne (Vpetit) et des alvéoles de taille supérieure à la taille moyenne (Vgrand). N small N big In a preferred embodiment, the photonic alveolar solid structure comprises at least two cell populations of different sizes. Pellets smaller than the average size (V pe tit) and cells larger than the average size (V gr ).
Dans un mode de réalisation préféré, le rapport du nombre d’alvéoles de taille inférieure à la taille moyenne sur le nombre total d’alvéoles (SR) est compris de 30% à 80%, de préférence de 30% à 40%, de 40% à 50%, de 50% à 60%, de 60% à 70% et de 70% à 80%. Dans un mode de réalisation préféré, le rapport du nombre d’alvéoles de taille inférieure à la taille moyenne sur le nombre total d’alvéoles (SR) est de 30%, In a preferred embodiment, the ratio of the number of cells of size smaller than the average size to the total number of cells (SR) is from 30% to 80%, preferably from 30% to 40%, of 40% to 50%, 50% to 60%, 60% to 70% and 70% to 80%. In a preferred embodiment, the ratio of the number of cells of size smaller than the average size over the total number of cells (SR) is 30%,
31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%,31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45,
46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%,46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60,
61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%,61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%,
76%, 77%, 78%, 99%, 80% 76%, 77%, 78%, 99%, 80%
Dans un mode de réalisation préféré, la racine cubique du rapport entre le volume des alvéoles de tailles supérieures et le volume des alvéoles de tailles inférieures est supérieure ou égale à 80%, et dont la polydispersivité entre la population des alvéoles de tailles supérieures et la population des alvéoles de tailles inférieures est inférieure à In a preferred embodiment, the cubic root of the ratio between the volume of the cells of larger sizes and the volume of the cells of smaller sizes is greater than or equal to 80%, and whose polydispersivity between the population of the cells of larger sizes and the population of smaller sized cells is less than
2% 2%
Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, la taille des alvéoles de la structure solide alvéolaire photonique est comprise de 50 nm à 5 mm.  In a preferred embodiment of the invention, the size of the cells of the photonic solid alveolar structure is from 50 nm to 5 mm.
Dans un mode de réalisation préféré, la taille des alvéoles de la structure solide alvéolaire photonique est comprise de 50 nm à 100 nm, de 100 nm à 500 nm, de 500 nm à 1000 nm, de lpm à 10 pm, de 10 pm à 20 pm, de 20 pm à 30 pm, de 30 pm à 40 pm, de 40 pm à 50 pm, de 50 pm à 60 pm, de 60 pm à 70 pm, de 70 pm à 80 pm, de 80 pm à 90 pm, de 90 pm à 100 pm, de 100 pm à 200 pm, de 200 pm à 300 pm, de 300 pm à 400 pm, de 400 pm à 500 pm, de 500 pm à 600 pm, de 600 pm à 700 pm, de 700 pm à 800 pm, de 800 pm à 900 pm, de 900 pm à 1000 pm, de lmm à 2 mm, de 2 mm à 3 mm, de 3 mm à 4 mm et de 4 mm à 5 mm.  In a preferred embodiment, the cell size of the photonic alveolar solid structure is from 50 nm to 100 nm, from 100 nm to 500 nm, from 500 nm to 1000 nm, from lpm to 10 μm, from 10 μm to 20 μm, 20 μm to 30 μm, 30 μm to 40 μm, 40 μm to 50 μm, 50 μm to 60 μm, 60 μm to 70 μm, 70 μm to 80 μm, 80 μm to 90 μm. pm, 90 μm to 100 μm, 100 μm to 200 μm, 200 μm to 300 μm, 300 μm to 400 μm, 400 μm to 500 μm, 500 μm to 600 μm, 600 μm to 700 μm. , 700 μm to 800 μm, 800 μm to 900 μm, 900 μm to 1000 μm, 1 mm to 2 mm, 2 mm to 3 mm, 3 mm to 4 mm and 4 mm to 5 mm.
Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, la structure solide alvéolaire photonique comprend la combinaison de caractéristiques suivantes :  In a preferred embodiment of the invention, the photonic alveolar solid structure comprises the following combination of characteristics:
Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, la structure solide alvéolaire photonique, notamment de type 3D, possède une bande interdite complète pour toutes les ondes polarisées. Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, la structure solide alvéolaire photonique possède une bande interdite complète, de préférence optimisée pour TE et TM. In a preferred embodiment of the invention, the photonic alveolar solid structure, especially of the 3D type, has a complete bandgap for all the polarized waves. In a preferred embodiment of the invention, the photonic alveolar solid structure has a complete band gap, preferably optimized for TE and TM.
Par exemple, pour bloquer la polarisation TE (champ électrique orienté dans le plan), l’homme du métier peut agir sur la taille des alvéoles, sur la fraction volumique de la structure alvéolaire, notamment solide, notamment par l’élargissement des bords de Plateau des alvéoles.  For example, to block the TE polarization (electrical field oriented in the plane), the skilled person can act on the size of the cells, on the volume fraction of the cellular structure, in particular solid, especially by the widening of the edges of the Plateau of the cells.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la structure alvéolaire photonique, notamment solide, est hyperuniforme désordonnée ou substantiellement hyperuniforme.  In one embodiment of the invention, the photonic alveolar structure, in particular solid, is hyperuniform disordered or substantially hyperuniform.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la structure alvéolaire photonique, notamment solide, est désordonnée.  In one embodiment of the invention, the photonic alveolar structure, in particular solid, is disordered.
Dans un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’état de densité optique de la structure alvéolaire photonique, notamment solide, tend vers zéro lorsque, toutes choses égales par ailleurs, le nombre de structures alvéolaires augmente.  In an advantageous embodiment of the invention, the state of optical density of the photonic alveolar structure, especially solid, tends to zero when, all things being equal, the number of cellular structures increases.
Dans un mode de réalisation préféré, le volume total de ladite structure solide alvéolaire photonique est compris de 10 microns3 à 10 mètres3. In a preferred embodiment, the total volume of said photonic cellular solid structure is 10 microns 3 to 10 meters 3 .
Dans divers modes de réalisation, la présente invention fournit des structures solides alvéolaires, et des procédés de fabrication desdites structures caractérisées par une hétérostructure non cristalline, désordonnée, notamment en translation isotrope.  In various embodiments, the present invention provides cellular solid structures, and methods for making said structures characterized by a non-crystalline, disordered heterostructure, especially in isotropic translation.
Dans divers modes de réalisation, la présente invention fournit des structures solides alvéolaires, et des procédés de fabrication desdites structures caractérisées par une hétérostructure non cristalline, hyperuniforme désordonnée, notamment en translation isotrope.  In various embodiments, the present invention provides cellular solid structures, and methods for making said structures characterized by a non-crystalline, disordered hyperuniform heterostructure, particularly in isotropic translation.
La première étape permettant la fabrication des structures solides alvéolaires est connue. Cette première étape consiste à préparer une mousse. On décrit une mousse comme un ensemble de bulles de gaz en expansion dans une matrice liquide. Les bulles, initialement sphériques, interagissent entre elles et adoptent une forme polyédrique ou polygonale. Afin de contrôler ce processus, il est usuel d’introduire le concept de cellule. Une cellule se définit comme un volume de gaz entouré d’une certaine quantité de liquide. La Ligure 7b montre un exemple de cellules de mousse. Le liquide se trouve alors piégé entre plusieurs bulles, d’où la formation de bords Plateau comme montré sur la Ligure 7a. Ces bords sont le lieu principal de présence du liquide. La jonction de plusieurs bords définit un sommet de la cellule. L’agencement des cellules par auto- assemblage caractérise alors la structure de la mousse. Lorsque l’expansion de la mousse est achevée, l’épaisseur du liquide séparant les bulles est généralement très faible, puisque le taux de gaz peut aller jusqu’à plus de 90%. Durant la solidification, ces films liquides peuvent éclater, libérant le gaz. La mousse se résume alors à un squelette appelée mousse à cellule ouverte. Lorsque le film liquide comprend un polymère réticulable, la structure à cellule ouverte est solide après polymérisation et durcissement du film liquide. The first step for the manufacture of cellular solid structures is known. This first step is to prepare a foam. A foam is described as a set of expanding gas bubbles in a liquid matrix. The bubbles, initially spherical, interact with each other and adopt a polyhedral or polygonal shape. In order to control this process, it is customary to introduce the concept of cell. A cell is defined as a volume of gas surrounded by a certain amount of liquid. Figure 7b shows an example of foam cells. The liquid is then trapped between several bubbles, hence the formation of Plateau edges as shown in Figure 7a. These edges are the main place of presence of the liquid. The junction of several edges defines a vertex of the cell. The arrangement of the cells by self-assembly then characterizes the structure of the foam. When the expansion of foam is completed, the thickness of the liquid separating the bubbles is generally very small, since the gas rate can go up to more than 90%. During solidification, these liquid films may burst, releasing the gas. The foam is then reduced to a skeleton called open cell foam. When the liquid film comprises a crosslinkable polymer, the open cell structure is solid after polymerization and curing of the liquid film.
Les mousses selon la présente invention sont fabriquées par des techniques connues. Brièvement, un dispositif expérimental, composé d’une puce à géométrie de focalisation de flux, «flow-focusing» permet de générer une mousse liquide constituée de bulles qui s’auto-assemblent. La présence d’un agent tensioactif dans la phase liquide permet de stabiliser les films contenus dans la mousse. La taille des bulles est contrôlée par les flux entrants de gaz et de liquide. Des mousses solides sont obtenues en présence de polymères réticulables choisis parmi le chitosan réticulé par le glyoxal, l’alginate réticulé par le chlorure de calcium, l’alcool polyvinylique réticulé par le Glutaraldéhyde, l’acide hyaluronique réticulé par le BDDE (butanediol diglycidyl éther), ou en combinant plusieurs de ces polymères.  Foams according to the present invention are manufactured by known techniques. Briefly, an experimental device, composed of a flow-focusing geometry chip, makes it possible to generate a liquid foam consisting of bubbles that self-assemble. The presence of a surfactant in the liquid phase makes it possible to stabilize the films contained in the foam. The size of the bubbles is controlled by the inflow of gas and liquid. Solid foams are obtained in the presence of crosslinkable polymers chosen from glyoxal cross-linked chitosan, calcium chloride-crosslinked alginate, polyvinyl alcohol cross-linked with glutaraldehyde, BDDE-crosslinked hyaluronic acid (butanediol diglycidyl ether). ), or by combining several of these polymers.
Cependant, le contrôle de la polydispersité des structures solides alvéolaires auto assemblées selon la présente invention est assuré par des conditions opératoires strictes :  However, the control of the polydispersity of the self-assembled cellular solid structures according to the present invention is ensured by strict operating conditions:
1) le débit d’injection de la phase liquide est réglé de façon à faire varier la fraction volumique liquide (définie par le ratio entre le volume de la phase liquide et le volume total de la mousse) entre 5% (mousse sèche) et 55% (mousse humide), de préférence 13%:  1) the injection rate of the liquid phase is adjusted so as to vary the liquid volume fraction (defined by the ratio between the volume of the liquid phase and the total volume of the foam) between 5% (dry foam) and 55% (wet foam), preferably 13%:
2) le débit d’injection de la phase gazeuse est réglé de façon à faire varier la fraction volumique gazeuse (définie par le ratio entre le volume du gaz et le volume total de la mousse) entre 55% (mousse humide) et 95% (mousse sèche), de préférence 87%.  2) the injection rate of the gas phase is adjusted so as to vary the gaseous volume fraction (defined by the ratio between the volume of the gas and the total volume of the foam) between 55% (wet foam) and 95% (dry foam), preferably 87%.
Pour stabiliser la mousse, un surfactant est rajouté à une concentration entre une et mille fois sa concentration micellaire critique (CMC), de préférence cinq cents fois.  To stabilize the foam, a surfactant is added at a concentration between one and a thousand times its critical micelle concentration (CMC), preferably five hundred times.
Selon la présente invention le surfactant est choisi par les composés suivants: Lutensol AT25, Plantacare 2000 UP, Synperonic A7, Pluronic F-127, CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid), Cremophor RH455 (CRH 455).  According to the present invention the surfactant is selected by the following compounds: Lutensol AT25, Plantacare 2000 UP, Synperonic A7, Pluronic F-127, CTAB (Cetyltrimethylammonium bromide), Cremophor RH455 (CRH 455).
Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, le procédé de fabrication d’une structure alvéolaire, notamment solide, photonique possédant une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : In a preferred embodiment of the invention, the method for manufacturing a cellular structure, in particular solid, photonic having a strip complete forbidden photonics for a given wavelength range or for a possible polarization of a given wavelength range, is characterized in that it comprises the following steps:
- préparation d’une structure alvéolaire, notamment solide, à cellule notamment ouverte par expansion d’une mousse, ladite structure alvéolaire, notamment solide, formant un squelette solide bi ou tridimensionnel comprenant des alvéoles vides,  - Preparation of a cellular structure, in particular solid, cell in particular opened by expansion of a foam, said cellular structure, in particular solid, forming a two or three-dimensional solid skeleton comprising empty cells,
- élargissement des bords de Plateau de ladite structure alvéolaire, notamment solide, jusqu’à l’obtention d’une valeur de la fraction volumique comprise de 10% à 60%, par:  - widening of the tray edges of said cellular structure, in particular solid, until a value of the volume fraction of between 10% and 60% is obtained, by:
a) trempage de la susdite structure alvéolaire, notamment solide, dans un polymère choisi parmi les acrylates, les méthacrylates, le polyuréthane, le polystyrène ou dans un matériau tel que le rapport : constante diélectrique de la structure alvéolaire, notamment solide /constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2 est adapté à l’existence d’une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données,  a) dipping of said cellular structure, in particular solid, in a polymer chosen from acrylates, methacrylates, polyurethane, polystyrene or in a material such as the ratio: dielectric constant of the cellular structure, in particular solid / dielectric constant of the alveoli is at least 2 is suitable for the existence of a complete photonic band prohibited for a given wavelength range,
b) épitaxie selon un axe substantiellement perpendiculaire à la surface des alvéoles.  b) epitaxial along an axis substantially perpendicular to the surface of the cells.
Dans un mode de réalisation préférée de l’invention, le procédé de fabrication d'une structure alvéolaire, notamment solide, photonique possédant une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, comprend en outre une étape c) de dépôt d’une couche d’un matériau à haut indice de réfraction, ledit matériau est choisi parmi un alliage métallique choisi notamment parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l'alumine (AI2O3), le carbure de tungstène (WC), l'arséniure de gallium (GaAs) et de l'arséniure de gallium aluminium (AlxGai_xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe). In a preferred embodiment of the invention, the method for manufacturing a cellular structure, in particular a solid photonic structure, having a complete photonic forbidden band for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of given wavelengths, furthermore comprises a step c) of deposition of a layer of a material with a high refractive index, said material is chosen from a metal alloy chosen in particular from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and gallium aluminum arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
L’étape d’élargissement des bords de Plateau peut être remplacée par une méthode de drainage forcée ou par un choix approprié de viscosité de liquide dans lequel est réalisé la structure alvéolaire ou par un choix approprié de la tension de surface des alvéoles pour obtenir une valeur de la fraction volumique comprise de 10 à 60%.  The Plateau edge broadening step can be replaced by a forced drainage method or by a suitable choice of liquid viscosity in which the honeycomb structure is made or by a suitable choice of the cell surface tension to obtain a value of the volume fraction of 10 to 60%.
On connaît déjà de nombreux procédés pour former une couche métallique sur un substrat ou support non-conducteur, qu'il s'agisse de verre, de matériaux plastiques, de matériaux composites à matrice non-conductrice, de papier, de matériaux céramiques, etc.... Une première famille de procédés fait appel au dépôt par évaporation sous vide de métal liquide grâce à divers moyens de chauffage (effet Joule, bombardement électronique, pulvérisation cathodique, etc...). Ainsi, peut-on déposer une couche d'aluminium sur des films typiquement en matière plastique (PET par exemple). Numerous methods are already known for forming a metal layer on a non-conductive substrate or support, be it glass, plastic materials, non-conductive matrix composite materials, paper, ceramic materials, etc. .... A first family of processes uses deposition by vacuum evaporation of liquid metal through various heating means (Joule effect, electron bombardment, sputtering, etc ...). Thus, it is possible to deposit an aluminum layer on typically plastic films (PET for example).
Comme variantes de ces procédés, on trouve les procédés de dépôts par voie chimique connus sous l’appellation "CVD" (< Chemical vapour déposition ), éventuellement à l’aide d'un plasma (procédés PEVD = Plasma Enhanced Vapour Déposition).  As variants of these processes, there are the chemical deposition methods known under the name "CVD" (<Chemical vapor deposition), possibly using a plasma (methods PEVD = Plasma Enhanced Vapor Deposition).
L’une des techniques permettant de déposer des nanoparticules est le revêtement par immersion ( dip-coating ). Cette technique est notamment optimale pour les structures poreuses comme la mousse. Pour la réaliser, il faut formuler une solution précurseur où les particules sont dispersées. Les nanoparticules sont choisies de façon à avoir un haut indice optique et une compatibilité physico-chimique avec le polymère pour permettre l’adhérence des nanoparticules sur la mousse. En outre, la composition de la solution d’immersion ne doit pas modifier la structure 3D obtenue à la phase précédente. Par ailleurs, l’opération de revêtement peut- être optimisée en rajoutant des surfactants ou des composants visqueux.  One of the techniques for depositing nanoparticles is dip coating. This technique is particularly optimal for porous structures such as foam. To achieve this, a precursor solution must be formulated where the particles are dispersed. The nanoparticles are chosen so as to have a high optical index and a physicochemical compatibility with the polymer to allow the adhesion of the nanoparticles to the foam. In addition, the composition of the immersion solution must not modify the 3D structure obtained in the previous phase. In addition, the coating operation can be optimized by adding surfactants or viscous components.
On connaît aussi les procédés de dépôts chimiques et électrochimiques de métaux. Methods of chemical and electrochemical deposition of metals are also known.
Ces procédés sont considérés comme classiques. These methods are considered classic.
Dans un mode de réalisation préférée de l’invention, le procédé de fabrication d’une structure alvéolaire solide photonique, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :  In a preferred embodiment of the invention, the method for manufacturing a photonic solid cellular structure is characterized in that it comprises the following steps:
- par mise en contact d’une première structure solide alvéolaire, 3D, 2D ou dérivée de 2D, qui comporte les caractéristiques physiques suivantes, elle comprend une structure solide continue et des alvéoles substantiellement polyédriques, qui sont séparées par des bords de Plateau, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds et étant de coordination 4 (3D) ou 3 (2D ou dérivée de 2D), la valeur de la fraction volumique : volume de la structure solide continue sur volume total de la de structure, étant de 10% à 60% et la valeur de l’angle des polyèdres étant de l09,5°(3D) ou 120° (2D ou dérivée de 2D),  by contacting a first cellular solid structure, 3D, 2D or derived from 2D, which comprises the following physical characteristics, it comprises a continuous solid structure and substantially polyhedral cells, which are separated by Plateau edges, the meeting points of Plateau forming nodes and being of coordination 4 (3D) or 3 (2D or derived from 2D), the value of the volume fraction: volume of the solid structure continues on total volume of the structure, being from 10% to 60% and the angle value of the polyhedra being of 109.5 ° (3D) or 120 ° (2D or derived from 2D),
avec une matière 1 appropriée à occuper l’espace défini par dans les alvéoles de la susdite première structure solide alvéolaire, susceptible de résister dans les conditions permettant la destruction de la susdite première structure solide alvéolaire, - destruction de la susdite de la première structure solide alvéolaire pour obtenir une deuxième structure solide alvéolaire, with a material 1 suitable for occupying the space defined by the cells of the above-mentioned first cellular solid structure, capable of withstanding the conditions allowing the destruction of the aforementioned first cellular solid structure, destruction of the aforesaid first cellular solid structure to obtain a second cellular solid structure,
- mise en contact de la susdite deuxième structure solide alvéolaire avec une matière 2 appropriée à occuper l’espace défini par les alvéoles de la susdite deuxième structure solide alvéolaire, susceptible de résister dans les conditions permettant la destruction de la susdite deuxième structure solide alvéolaire,  bringing the said second solid cellular structure into contact with a material 2 suitable for occupying the space defined by the cells of the aforementioned second cellular solid structure, capable of withstanding the conditions allowing the destruction of the said second cellular solid structure,
- la matière 2 comprenant ou étant constitué d’un matériau tel que le rapport: constante diélectrique de la structure solide alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2, adapté à l’existence d’une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données, ou un précurseur d’un matériau tel que le rapport: constante diélectrique de la structure solide alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2 adapté à l’existence d’une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données,  the material 2 comprising or consisting of a material such that the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2, adapted to the existence of a complete photonic forbidden band for a given wavelength range, or a precursor of a material such as the ratio: dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2 adapted to the existence of a complete photonic band prohibited for a given wavelength range,
- destruction de la susdite de la deuxième structure solide alvéolaire, suivie d’un éventuel traitement du précurseur d’un matériau tel que le rapport: constante diélectrique de la structure solide alvéolaire/constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2 adapté à l’existence d’une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données, pour obtenir structure alvéolaire solide photonique.  destruction of the aforesaid of the second cellular solid structure, followed by a possible treatment of the precursor of a material such that the dielectric constant of the solid alveolar structure / dielectric constant of the cells is at least 2 adapted to the existence of a complete forbidden photonic band for a given wavelength range, to obtain photonic solid alveolar structure.
Dans un mode de réalisation préféré, la matière 1 est l’oxyde de zinc  In a preferred embodiment, the material 1 is zinc oxide
Dans un mode de réalisation préféré, la matière 2 est le silicium poly cristallin. In a preferred embodiment, the material 2 is polycrystalline silicon.
Les exemples ci-après ont pour but d'illustrer l'invention sans pour autant en limiter la portée. The following examples are intended to illustrate the invention without limiting its scope.
DESCRIPTION DES FIGURES DESCRIPTION OF THE FIGURES
La FIGURE 1 représente une structure photonique unidimensionnelle par un empilement de couches (diélectriques) de permittivités différentes. FIG. 1 represents a one-dimensional photonic structure by a stack of (dielectric) layers of different permittivities.
La FIGURE 2 représente une structure photonique bidimensionnelle constituée par un réseau de tiges dans l’air et de trous d’air dans un matériau.  FIG. 2 represents a two-dimensional photonic structure constituted by a network of rods in the air and air holes in a material.
La FIGURE 3 représente un diagramme de bande calculé pour un réseau carré de tiges diélectriques cylindriques de permittivité (e=8.9) dans de l’air (e=1), les polarisations se distinguent par des traits différents. L’un des principaux résultats de cette figure concerne la différence de comportement entre les polarisations TM (transverse magnétique: le champ E est parallèle aux tiges) et TE (Transverse électrique: le champs E est perpendiculaire aux tiges). Les bandes interdites complètes en polarisation TM sont, en effet, nettement plus larges. Modes TM (traits pleins) et TE (traits pointillés). Le rayon des tiges est r = 0.2 a, où a est la période du réseau. FIG. 3 represents a calculated band diagram for a square array of cylindrical dielectric rods of permittivity (e = 8.9) in air (e = 1), the polarizations being distinguished by different lines. One of the main results of this figure concerns the difference in behavior between the TM polarizations (magnetic transverse: the E field is parallel to the rods) and TE (Electric Transverse: the E field is perpendicular to the stems). In fact, the complete bands in polarization TM are much wider. TM (solid lines) and TE (dashed lines) modes. The radius of the stems is r = 0.2 a, where a is the period of the network.
La LIGURE 4 représente une structure photonique tridimensionnelle composée de sphères diélectriques situées sur les sites d’un réseau à structure diamant.  LIGURE 4 represents a three-dimensional photonic structure composed of dielectric spheres located on the sites of a diamond structure network.
La LIGURE 5 représente une structure de bande d’un réseau diamant de sphères d’air dans un diélectrique à haute permittivité (e=13).  LIGURE 5 represents a band structure of a diamond network of air spheres in a high-permittivity dielectric (e = 13).
La LIGURE 6 représente deux structures alvéolaires 3D ; à gauche structure de Kelvin, à droite structure de Weaire-Phelan.  LIGURE 6 represents two 3D alveolar structures; left Kelvin structure, right Weaire-Phelan structure.
La LIGURE 7a représente une structure alvéolaire 2D et la figure 7b est la vue de dessus de ladite structure.  LIGURE 7a represents a 2D honeycomb structure and FIG. 7b is a top view of said structure.
La LIGURE 8 illustre un mode de réalisation particulier de la structure alvéolaire initiale (au stade mousse). Dans ce mode de réalisation, un contrôleur de pression permet de fixer pour chaque jonction T la fréquence et la taille des bulles. Ceci permet d'ajuster les valeurs de NF et SR pour la mousse 2D observée dans la cellule de Hele- Shaw. Le pousse-seringue détermine le flux de la solution entraînant le drainage forcé à travers la mousse. Ceci permet de choisir la fraction surfacique ou volumique de la mousse que l'on observe.  LIGURE 8 illustrates a particular embodiment of the initial alveolar structure (foam stage). In this embodiment, a pressure controller makes it possible to set the frequency and the size of the bubbles for each junction T. This makes it possible to adjust the values of NF and SR for the 2D foam observed in the Hele-Shaw cell. The syringe driver determines the flow of the solution resulting in forced drainage through the foam. This makes it possible to choose the surface or volume fraction of the foam that is observed.
La LIGURE 9 représente les résultats des propriétés de densité optique d’une structure solide alvéolaire.  LIGURE 9 represents the results of the optical density properties of a cellular solid structure.
Plus précisément, cette figure représente la densité des états optiques (DOS) pour un matériau dérivé de 2D (cf figure 7b vue du dessus et infiniment étiré dans la direction z) et pour des ondes électromagnétiques TE. La densité des états optiques est une courbe comptant le nombre de modes optiques (DOS) existant dans le matériau (un mode est un vecteur d’onde qui se propage dans le matériau pour une fréquence donnée) en fonction de la fréquence adimensionnée D/2n de ce mode. Le DOS ici est calculé dans toutes les directions. La diminution de la densité DOS jusqu’à 0 dans la plage de fréquences adimensionnées comprise entre 0.25 et 0.32 montre que la bande interdite photonique du matériau selon l’invention est complète dans le plan (x,y).  More precisely, this figure represents the density of the optical states (DOS) for a material derived from 2D (see FIG. 7b seen from above and infinitely stretched in the z direction) and for electromagnetic waves TE. The density of the optical states is a curve counting the number of optical modes (DOS) existing in the material (a mode is a wave vector propagating in the material for a given frequency) as a function of the adimensionned frequency D / 2n of this mode. The DOS here is calculated in all directions. The decrease of the density DOS down to 0 in the range of unsized frequencies between 0.25 and 0.32 shows that the photonic forbidden band of the material according to the invention is complete in the plane (x, y).
La LIGURE lOa) représente une illustration de la puce micro fluidique (géométrie Llow-focusing) qui permet de générer des mousses tridimensionnelles à distribution de bulles contrôlée. La LIGURE lOb) représente un échantillon de la mousse polymérique obtenue après solidification. La FIGURE 11 représente une reconstruction tridimensionnelle d’un exemple de mousse obtenue par microscopie confocale (LEICA). Dans ce cas particulier, les pores polyédriques ont un diamètre de 1 OOmhi et présentent une fine organisation spatiale. LIGURE 10a) represents an illustration of the microfluidic chip (Llow-focusing geometry) which makes it possible to generate three-dimensional foam with controlled bubble distribution. LIGURE 10b) represents a sample of the polymeric foam obtained after solidification. FIG. 11 represents a three-dimensional reconstruction of an example of confocal microscopy foam (LEICA). In this particular case, the polyhedral pores have a diameter of 1 OOmhi and exhibit a fine spatial organization.
La FIGURE 12 représente deux images obtenues par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) de bords de Plateau recouverts de particules de carbure de silicium après quelques opérations de recouvrement par immersion (dip-coating).  FIG. 12 represents two images obtained by Scanning Electron Microscopy (SEM) of Plateau edges coated with silicon carbide particles after some dip-coating operations.
EXEMPLES EXAMPLES
1. Réalisation d’une mousse 2D à partir de bulles de taille 1 mm (bande interdite 1—3 mm) 1. Realization of a 2D foam from bubbles of size 1 mm (forbidden band 1-3 mm)
Le dispositif expérimental est composé de deux plaques de verre séparées de 0.3 mm. Elles sont scellées grâce à un joint en silicone qui permet d’introduire deux petits tuyaux de diamètre 0.5mm et deux gros tuyaux de diamètre 3mm. Les petits tuyaux sont reliés à un contrôleur de pression de type MFCS (Fluigent). Les gros tuyaux sont reliés à un réservoir de pression déterminée par l’hydrostatique. Ce réservoir de pression permet de choisir la hauteur de l’interface eau-air dans l’interface. Un mélangeur est introduit après la sortie des bulles et assure le mélange des deux populations de bulles. The experimental device consists of two glass plates separated by 0.3 mm. They are sealed thanks to a silicone seal which allows to introduce two small pipes of diameter 0.5mm and two big pipes of diameter 3mm. Small pipes are connected to a MFCS (Fluigent) type pressure controller. The large pipes are connected to a pressure tank determined by the hydrostatic. This pressure tank allows to choose the height of the water-air interface in the interface. A mixer is introduced after the bubbles exit and ensures mixing of the two populations of bubbles.
En ajustant les pressions des petits tuyaux, l’air est injecté sous forme de bulles de taille constante. Les deux tuyaux permettent de générer deux populations de tailles et de fréquences différentes. La détermination des pressions permet de contrôler le rapport des tailles et le rapport de nombre des deux populations (SR et NF).  By adjusting the pressures of the small pipes, the air is injected in the form of bubbles of constant size. The two pipes make it possible to generate two populations of different sizes and frequencies. The determination of the pressures makes it possible to control the ratio of the sizes and the ratio of number of the two populations (SR and NF).
En haut de la cellule de Hele-Shaw, des injecteurs reliés à un pousse-seringue (HARVARD Apparatus) permettent de contrôler le débit qui entraîne le drainage forcé de la mousse. Les injecteurs sont disposés de manière régulière afin d’assurer un drainage de la mousse uniforme. Le contrôle du débit permet d’ajuster la fraction volumique de la mousse.  At the top of the Hele-Shaw cell, injectors connected to a syringe pump (HARVARD Apparatus) control the flow that causes the forced drainage of the foam. The injectors are arranged in a regular manner to ensure uniform drainage of the foam. Flow control adjusts the volume fraction of the foam.
Afin de passer du 2D au 3D, il est possible de faire varier la forme de la cellule et ainsi contrôler la forme de la mousse finale.  In order to move from 2D to 3D, it is possible to vary the shape of the cell and thus control the shape of the final foam.
Pour réaliser le matériau, il est possible d’ajouter un polymère réticulable dans la solution (Par exemple: Polyéthylèneglycol-diacrylate Mw>600) ainsi qu’un initiateur (Par exemple 2-hydroxy-2-methiopropiophenone). Par illumination par lumière ultra violette, la structure réticule et se fige. (Cas 2D et 3D). Afin d’élargir l’épaisseur de la structure, il est possible de tremper la structure dans un bain de Polyéthylèneglycol-diacrylate et de 2-hydroxy-2-methiopropiophenone contenant des micro particules de AI2O3 par exemple (Matériau à haut indice optique). Afin d’élargir les bords de Plateau ainsi obtenues et obtenir la fraction volumique prévue, cette étape peut être répétée plusieurs fois. To make the material, it is possible to add a crosslinkable polymer in the solution (eg Polyethylene glycol diacrylate MW> 600) and an initiator (eg 2-hydroxy-2-methiopropiophenone). By ultraviolet light illumination, the structure reticles and freezes. (2D and 3D cases). In order to widen the thickness of the structure, it is possible to soak the structure in a bath of polyethylene glycol-diacrylate and 2-hydroxy-2-methiopropiophenone containing micro particles of Al 2 O 3 for example (high-index material). optical). In order to widen the Plateau edges thus obtained and to obtain the expected volume fraction, this step can be repeated several times.
La structure finale (recouverte de matériau adéquat) est alors obtenue.  The final structure (covered with suitable material) is then obtained.
2. Fabrication d'une mousse liquide 2D (dans une cellule de Hele-Shaw) ou 2. Making a 2D liquid foam (in a Hele-Shaw cell) or
3D  3D
Des bulles sont générées dans un polymère liquide réticulable (polyuréthane). La viscosité et le drainage sont ajustés pour atteindre une fraction volumique de 5%. Bubbles are generated in a crosslinkable liquid polymer (polyurethane). Viscosity and drainage are adjusted to reach a volume fraction of 5%.
Deux populations de bulles sont obtenues avec les caractéristiques suivantes :  Two bubble populations are obtained with the following characteristics:
Rapport de taille SR= 31 Vvetlt = 0.8 Size ratio SR = 3 1 Vvetlt = 0.8
V grand  V big
Rapport de nombreNumber report
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000032_0001
Taille moyenne des bulles 1 mhi  Average size of the bubbles 1 mhi
La polymérisation de la structure est initiée par chauffage ou ultra-violet. Une structure de mousse à cellules ouvertes est obtenue. The polymerization of the structure is initiated by heating or ultraviolet. An open cell foam structure is obtained.
La structure est ensuite trempée dans du polyuréthane liquide jusqu’à l’obtention d’une fraction volumique de 26% en 3D et 40% en 2D). La structure est ensuite infiltrée par de l’oxyde de zinc par la technique ALD ( atornic layer déposition) à l l0°C. La structure est chauffée à 500°C pendant 5 à 6 heures pour dégrader le polymère. Le moule en ZnO est infiltré de Si amorphe par CVD à 480°C. Puis, le ZnO est dissous par etching avec de l’acide chlorydrique. La structure de Si amorphe est ensuite traitée à 600°C pendant 8 à 10 h afin de transformer le Si amorphe en Si poly cristallin.  The structure is then dipped in liquid polyurethane until a volume fraction of 26% in 3D and 40% in 2D). The structure is then infiltrated with zinc oxide by ALD (atornic layer deposition) at 110 ° C. The structure is heated at 500 ° C for 5-6 hours to degrade the polymer. The ZnO mold is infiltrated with amorphous Si by CVD at 480 ° C. Then, the ZnO is dissolved by etching with hydrochloric acid. The amorphous Si structure is then treated at 600 ° C for 8 to 10 hours to transform the amorphous Si to the polycrystalline Si.
3. Etude des propriétés photoniques d’une structure alvéolaire solide La structure alvéolaire 2D est imagée grâce à un appareil photographique qui permet de repérer les bords de Plateau (réels et de surface) des mousse 2D. Ainsi, on obtient une image vue dans le plan (x,y) de la structure alvéolaire 3. Study of photonic properties of a solid alveolar structure The 2D honeycomb structure is imaged by a camera that identifies the edges of Plateau (real and surface) 2D foam. Thus, an image seen in the plane (x, y) of the honeycomb structure is obtained
Ensuite, l’image est traitée afin de distinguer deux phases. Concrètement, elle est binarisée.  Then the image is processed to distinguish two phases. In concrete terms, it is binarized.
La propagation d’onde est alors calculée grâce au logiciel MIT Photonic Bandgap (logiciel libre) après avoir attribuée un indice de 12 aux bords de Plateau et de 1 aux bulles d’air.  The wave propagation is then calculated using the MIT Photonic Bandgap software (free software) after assigning an index of 12 to the Plateau edges and 1 to the air bubbles.
Le logiciel renvoie les fréquences des modes se propageant au sein du matériau. The software returns the frequencies of the modes propagating within the material.
Naturellement la fraction peut être variée par drainage forcée et artificiellement en utilisant les fonctions «dilate» et «erode» des logiciels de traitement d’image. Naturally the fraction can be varied by forced drainage and artificially using the "dilate" and "erode" functions of image processing software.
Les fonctions «dilate» et «erode» permettent de transformer les pixels blancs voisins d’un pixel noir en pixel noir et inversement.  The "dilate" and "erode" functions make it possible to transform the neighboring white pixels from a black pixel into a black pixel and vice versa.
4. Fabrication d’une mousse solide 3D à partir de bulles de taille de 100 um dans un dispositif microfluidique (bande interdite l 300um, contenue dans le domaine du Terahertz) 4. Making a solid 3D foam from 100 μm size bubbles in a microfluidic device (forbidden band I 300 μm, contained in the Terahertz range)
Pour obtenir une mousse 3D, solide, à haut indice optique, une mousse polymérique est d’abord fabriquée grâce à la microfluidique et est ensuite recouverte d’une couche de nanoparticules à haut indice optique. a. Fabrication de la mousse 3D solide To obtain a 3D foam, solid, high optical index, a polymeric foam is first manufactured using microfluidics and is then covered with a layer of nanoparticles high optical index. at. Solid 3D foam manufacturing
Le dispositif expérimental est composé d’une puce à géométrie de focalisation de flux, «flow-focusing» (figure lOa). Pour générer une mousse, cette géométrie constituée de micro-canaux (de 50 mhi de hauteur et de 100 mhi de largeur) contient deux entrées dont l’une permet d’injecter la phase liquide et l’autre la phase gazeuse. Au niveau de l’intersection, des micro-bulles de gaz se retrouvent encapsulées dans une phase continue liquide. Quand elles sont suffisamment nombreuses, ces bulles se rapprochent et s’auto-assemblent pour donner naissance à la mousse liquide. La présence d’un agent tensioactif dans la phase liquide permet de stabiliser les films contenus dans la mousse. La taille des bulles est contrôlée par les flux entrants de gaz et de liquide, qui sont eux réglés grâce à un contrôleur de pression de type MLCS (fourni par la Société Fluigent). En travaillant avec des phases liquides contenant des polymères réticulables, on peut obtenir des mousses solides. Toutefois, pour préserver la distribution de taille des bulles ainsi que leur organisation, la réticulation nécessite des conditions de réalisation très strictes. En effet, si elle n’est pas optimisée, la dynamique de séchage et de réticulation de la mousse peut éliminer tout l’avantage de contrôle permis par la micro fluidique. The experimental device is composed of a flux-focusing geometry chip (FIG. 10a). To generate a foam, this geometry consists of micro-channels (50 mhi height and 100 mhi width) contains two inputs, one of which can inject the liquid phase and the other the gas phase. At the intersection, micro-bubbles of gas are found encapsulated in a continuous liquid phase. When they are sufficiently numerous, these bubbles come together and self-assemble to give rise to the liquid foam. The presence of a surfactant in the liquid phase makes it possible to stabilize the films contained in the foam. The size of the bubbles is controlled by the incoming gas and liquid flows, which are regulated by an MLCS pressure controller. (provided by the Fluigent Company). By working with liquid phases containing crosslinkable polymers, solid foams can be obtained. However, in order to preserve the size distribution of the bubbles as well as their organization, the crosslinking requires very strict production conditions. Indeed, if it is not optimized, the dynamic drying and crosslinking of the foam can eliminate all the control advantage allowed by the microfluidic.
Pour répondre à ces exigences, le protocole expérimental suivant a été réalisé: To meet these requirements, the following experimental protocol was realized:
Préparation de la phase liquide: un polysaccharide est dissous dans de l’eau à une concentration autour de 1% en masse. Pour stabiliser les interfaces liquide / air dans la mousse, un surfactant non- ionique, le Lutensol AT25, est rajouté à une concentration cinq cents fois supérieure à sa concentration micellaire critique (CMC) dans l’eau. Dans cet exemple en particulier (figure 11), la fraction volumique liquide est autour de 13%. Preparation of the liquid phase: a polysaccharide is dissolved in water at a concentration of around 1% by weight. To stabilize the liquid / air interfaces in the foam, a non-ionic surfactant, Lutensol AT25, is added at a concentration five hundred times higher than its critical micelle concentration (CMC) in water. In this example in particular (Figure 11), the liquid volume fraction is around 13%.
Préparation de la phase gazeuse: de l’air est mélangé à un autre gaz, moins soluble dans l’eau, le perfluorohexane C6FI4 pour limiter le vieillissement (changement de structure entraînant la destruction de la mousse). Dans cet exemple en particulier (figure 11), la fraction volumique gazeuse est autour de 87%. Preparation of the gas phase: air is mixed with another gas, less soluble in water, perfluorohexane C 6 F I4 to limit aging (change of structure resulting in the destruction of the foam). In this example in particular (FIG. 11), the gaseous volume fraction is around 87%.
Réticulation: pour solidifier la mousse, un agent réticulant correspondant au polymère choisi est rajouté à la phase liquide. Classiquement, le glyoxal permet de réticuler le chitosan, un polysaccharide issu de la chitine, à 40°C, pendant 60 min et pour un pH=4. Dans des conditions micro fluidiques de cet exemple, la réticulation nécessite moins de temps (20 min au lieu de 60 min) comme les molécules de chitosan sont fortement confinées à l’intérieur de la mousse.  Crosslinking: to solidify the foam, a crosslinking agent corresponding to the selected polymer is added to the liquid phase. Classically, glyoxal makes it possible to cross-link chitosan, a polysaccharide derived from chitin, at 40 ° C. for 60 min and for a pH = 4. Under microfluidic conditions of this example, the crosslinking requires less time (20 min instead of 60 min) as the chitosan molecules are strongly confined within the foam.
En suivant ce processus, des mousses polymériques centimétriques tridimensionnelles solides sont obtenues et caractérisées par différentes techniques de microscopies (la figure 11 est obtenue par microscopie confocale). Les mousses sont ensuite recouvertes de matériaux à haut indice de réfraction. b. Dépôt de la couche à haut indice de réfraction sur la mousse  Following this process, solid three-dimensional centimetric polymeric foams are obtained and characterized by various microscopy techniques (Figure 11 is obtained by confocal microscopy). The foams are then covered with high refractive index materials. b. Deposition of the high refractive index layer on the foam
Préparation de la solution d’immersion: dans le cas du chitosan, le choix a porté sur les nanoparticules de carbure de silicium (SiC) pour leur haut indice de réfraction dans le terahertz (n~3 à 5) et leur affinité à se greffer sur le chitosan notamment grâce à des interactions électrostatiques. Ces nanoparticules de carbure de silicium (SiC) sont dispersées dans une solution aqueuse contenant 10%n d’éthanol dans un bain à ultrasons pendant 20 min. Preparation of the immersion solution: in the case of chitosan, the choice was made of nanoparticles of silicon carbide (SiC) for their high refractive index in terahertz (n ~ 3 to 5) and their affinity for grafting on chitosan thanks to electrostatic interactions. These nanoparticles of silicon carbide (SiC) are dispersed in an aqueous solution containing 10% n of ethanol in an ultrasonic bath for 20 min.
Revêtement par immersion de la mousse: l’échantillon est immergé dans la solution préparée pendant quelques minutes, en est retiré et est soumis à une température de Foam immersion coating: the sample is immersed in the prepared solution for a few minutes, is removed and is subjected to
70°C pendant une minute. L’échantillon est ensuite replongé dans de l’éthanol pur dans un bain à ultrasons pour ne garder que les nanoparticules qui sont fortement «collées» à la structure, et est séché à température ambiante. L’opération est réitérée plusieurs fois jusqu’à avoir l’épaisseur de dépôt désirée (figure 12). 70 ° C for one minute. The sample is then re-dipped in pure ethanol in an ultrasonic bath to keep only nanoparticles that are strongly "stuck" to the structure, and is dried at room temperature. The operation is repeated several times until the desired deposit thickness (FIG. 12).

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure solide alvéolaire étant caractérisée en ce qu’elle comprend : 1. Use of a solid self-assembled cellular structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range, said cellular solid structure being characterized in that it comprises:
- une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide est de 10% à 60%.  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges that define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%.
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones varie de 110° à 130° lorsque la structure alvéolaire solide est en 2D et de 100° à 120° lorsque la structure alvéolaire solide est en 3D, et  in which the angle value of the polyhedra or polygon varies from 110 ° to 130 ° when the solid alveolar structure is in 2D and from 100 ° to 120 ° when the solid alveolar structure is in 3D, and
dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative 8r2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant 8 r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
2. Utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure solide alvéolaire photonique est hyperuniforme. 2. Use of a solid self-assembled cellular structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range according to claim 1, characterized in that the photonic alveolar solid structure is hyperuniform.
3. Utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D. 3. Use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range according to claim 1 or 2, characterized in that the value of the angle of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D.
4. Utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 109,5°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D. 4. Use of a solid self-assembled cellular structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a given wavelength range according to one of claims 1 to 3, characterized in that the value of the angle of the polyhedra or polygon is 109, 5 °, when said photonic solid alveolar structure is in 3D.
5. Utilisation d’une structure solide alvéolaire auto assemblée, pour la préparation d’une structure solide alvéolaire photonique, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la polydispersivité de ladite structure solide alvéolaire auto assemblée est inférieure à 20%. 5. Use of a self-assembled cellular solid structure, for the preparation of a photonic alveolar solid structure, disordered, non-crystalline having one or more complete photonic band (s) prohibited (s) for a range of given wavelengths or for a possible polarization of a range of given wavelengths according to one of claims 1 to 4, characterized in that the polydispersivity of said self-assembled cellular solid structure is less than 20%.
6. Structure alvéolaire solide photonique, auto assemblée, désordonnée, non cristalline possédant une ou plusieurs bande(s) photonique(s) interdite(s) complète(s) pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, ladite structure alvéolaire solide, étant caractérisée en ce qu’elle comprend : 6. Photonic solid self-assembled, disordered, non-crystalline photon structure having one or more complete photon-band (s) prohibited for a given wavelength range or for any polarization of a range of given wavelengths, said solid cellular structure being characterized in that it comprises:
-une phase solide continue, et des alvéoles vides substantiellement polyédriques ou polygonales, qui sont séparées par des bords de Plateau qui définissent les arêtes du polyèdre ou du polygone, les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds, et dans laquelle la valeur de la fraction volumique de ladite structure alvéolaire solide, est de 10% à 60%, et  a continuous solid phase, and substantially polyhedral or polygonal empty cells, which are separated by Plateau edges which define the edges of the polyhedron or polygon, the meeting points of the Plateau edges forming nodes, and in which the value the volume fraction of said solid cellular structure is from 10% to 60%, and
dans laquelle la valeur de l’angle des polyèdres ou des polygones est de 120°, lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D et est de 109,5° lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D , et dans laquelle le rapport entre la constante diélectrique relative eri de la structure alvéolaire solide, ou de la surface de la structure, et la constante diélectrique relative er2 des alvéoles est d’au moins 2, de préférence d’au moins 5. wherein the angle value of the polyhedra or polygon is 120 °, when said photonic solid alveolar structure is in 2D and is 109.5 ° when said photonic solid alveolar structure is in 3D, and wherein the ratio of the relative dielectric constant e ri of the solid honeycomb structure, or the surface of the structure, to the relative dielectric constant e r2 of the cells is at least 2, preferably at least 5.
7. Structure solide alvéolaire photonique selon la revendication 6, caractérisée en ce quelle est hyperuniforme. 7. Photonic alveolar solid structure according to claim 6, characterized in that it is hyperuniform.
8. Structure solide alvéolaire photonique selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les points de rencontre des bords de Plateau formant des nœuds sont de coordination 3 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 2D ou sont de coordination 4 lorsque ladite structure alvéolaire solide photonique est en 3D. 8. solid photonic honeycomb structure according to claim 6 or 7, characterized in that the meeting points of the plate forming nodes are coordination 3 when said photonic solid alveolar structure is in 2D or are coordination 4 when said alveolar structure solid photonic is in 3D.
9. Structure solide alvéolaire photonique selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que ladite phase solide est constituée ou est recouverte d’un semi- conducteur ou d’alliage métallique choisi notamment parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l'alumine (AI2O3), le carbure de tungstène (WC), l'arséniure de gallium (GaAs) et de l'arséniure de gallium aluminium (AlxGai_xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe). 9. photonic cellular solid structure according to one of claims 6 to 8, characterized in that said solid phase is constituted or is covered with a semiconductor or metal alloy selected in particular from silicon (Si), carbide of silicon (SiC), alumina (Al2O3), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and gallium aluminum arsenide (Al x GaAl x As), titanium dioxide ( Ti0 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
10. Structure solide alvéolaire photonique selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que ladite structure possède une bande interdite complète, de préférence optimisée pour TE et TM. 10. photonic cellular solid structure according to one of claims 6 to 9, characterized in that said structure has a complete band gap, preferably optimized for TE and TM.
11. Structure solide alvéolaire photonique selon Tune des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le volume total de ladite structure solide alvéolaire est compris de11. photonic cellular solid structure according to one of claims 6 to 10, characterized in that the total volume of said cellular solid structure is comprised of
10 microns 3 à 10 mètres 3. 10 microns 3 to 10 meters 3.
12. Structure solide alvéolaire photonique selon Tune des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que la largeur des bandes interdites est d’au moins 10% et notamment d’au moins 20 à 25 %. 12. photonic cellular solid structure according to one of claims 6 to 11, characterized in that the width of the bandgap is at least 10% and in particular at least 20 to 25%.
13. Structure solide alvéolaire photonique selon l’une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que la polydispersivité des alvéoles de la structure solide alvéolaire photonique est de 1 à 20%. 13. Solid photonic alveolar structure according to one of claims 6 to 12, characterized in that the polydispersivity of the cells of the solid photonic alveolar structure is from 1 to 20%.
14. Structure solide alvéolaire photonique selon l’une des revendications 6 à 13, caractérisée en ce que le rapport du nombre d’alvéoles de taille inférieure à la taille moyenne sur le nombre total d’alvéoles (SR) est compris de 30% à 80%. Photonic alveolar solid structure according to one of Claims 6 to 13, characterized in that the ratio of the number of cells of size smaller than the average size to the total number of cells (SR) is from 30% to 80%.
15. Structure solide alvéolaire photonique selon l’une des revendications 6 à 14, caractérisée en ce que la taille des alvéoles de la structure alvéolaire solide est de 50 nm à 5 mm. 15. photonic cellular solid structure according to one of claims 6 to 14, characterized in that the size of the cells of the solid cellular structure is 50 nm to 5 mm.
16. Procédé de fabrication d'une structure alvéolaire solide photonique, selon l’une des revendications 6 à 15 possédant une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données ou pour une polarisation éventuelle d’une plage de longueurs d’ondes données, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 16. A method of manufacturing a photonic solid cellular structure according to one of claims 6 to 15 having a complete photonic band prohibited for a given wavelength range or for a possible polarization of a range of lengths. given waves, is characterized in that it comprises the following steps:
- préparation d’une structure alvéolaire, solide, à cellule notamment ouverte par expansion d’une mousse, ladite structure alvéolaire, notamment solide, formant un squelette solide bi ou tridimensionnel comprenant des alvéoles vides,  - Preparation of a cellular structure, solid, cell in particular open by expansion of a foam, said cellular structure, in particular solid, forming a two or three-dimensional solid skeleton comprising empty cells,
- élargissement des bords de Plateau de ladite structure alvéolaire, solide, jusqu’à l’obtention d’une valeur de la fraction volumique comprise de 10% à 60%, par:  - widening the tray edges of said cellular structure, solid, to obtain a value of the volume fraction of 10% to 60%, by:
a) trempage de la susdite structure alvéolaire, solide, dans un polymère choisi parmi les acrylates, les méthacrylates, le polyuréthane, le polystyrène ou dans un matériau tel que le rapport: constante diélectrique de la structure alvéolaire, solide /constante diélectrique des alvéoles est d’au moins 2 est adapté à l’existence d’une bande photonique interdite complète pour une plage de longueurs d’ondes données, b) épitaxie selon un axe substantiellement perpendiculaire à la surface des alvéoles.  a) dipping said solid alveolar structure in a polymer selected from acrylates, methacrylates, polyurethane, polystyrene or a material such as the ratio: dielectric constant of the cellular structure, solid / dielectric constant of the cells is at least 2 is adapted to the existence of a complete forbidden photonic band for a given wavelength range, b) epitaxial along an axis substantially perpendicular to the surface of the cells.
17. Procédé de fabrication d'une structure alvéolaire solide photonique, selon la revendication 16 caractérisé en ce qu’il comprend en outre l’étape c) de dépôt d’une couche d’un matériau à haut indice de réfraction, ledit matériau est choisi parmi un alliage métallique choisi notamment parmi le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), l'alumine (AI2O3), le carbure de tungstène (WC), l'arséniure de gallium (GaAs) et de l'arséniure de gallium aluminium (AlxGai_xAs), le dioxyde de titane (Ti02), le germanium (Ge), le tellurure de plomb (PbTe). 17. A method for manufacturing a photonic solid cellular structure, according to claim 16, characterized in that it further comprises the step c) of depositing a layer of a material with a high refractive index, said material is selected from a metal alloy chosen especially from silicon (Si), silicon carbide (SiC), alumina (Al 2 O 3), tungsten carbide (WC), gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Al x Ga 1 x As), titanium dioxide (TiO 2 ), germanium (Ge), lead telluride (PbTe).
ABREGE ABSTRACT
STRUCTURE ALVEOLAIRE A BANDE INTERDITE PHOTONIQUE COMPLÈTE ALVEOLAR STRUCTURE WITH COMPLETE PHOTONIC BAND PROHIBITED
L'invention concerne le domaine des méta-matériaux. The invention relates to the field of meta-materials.
L'invention a pour objet plus particulièrement une structure alvéolaire, notamment solide, du type dit à bande interdite photonique complète. Elle concerne également un procédé de fabrication d’une telle structure et son utilisation.  The subject of the invention is more particularly a cellular structure, in particular a solid structure, of the so-called complete photonic bandgap type. It also relates to a method of manufacturing such a structure and its use.
(pas de figure) (no figure)
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