Hétéroagrégation en suspension aqueuse de colloïdes modèles, de type oxyde, préalablement synthétisés : une étude expérimentale et numérique

par Malgorzata Anna Piechowiak

Thèse de doctorat en Science des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Cécile Pagnoux, Arnaud Videcoq et de Fabrice Rossignol.


  • Résumé

    Ce travail consiste en l’étude de la structure colloïdale et des mécanismes d’agrégation dans des suspensions aqueuses comportant des particules oxydes modèles, de charges opposées, sujettes à l’hétéroagrégation. Des particules de silice sphériques, fluorescentes et chargées négativement sont synthétisées par une méthode de Stöber modifiée. Des particules de taille similaire, chargées positivement, sont produites par la formation additionnelle d’une couche d’alumine sur les particules de silice. Deux agents fluorescents différents sont utilisés pour distinguer les deux types de particules. Des suspensions binaires diluées (3 vol%) sont préparées selon différentes compositions. Les suspensions sont caractérisées expérimentalement : pH, conductivité, tests de sédimentation et la structure des agrégats est analysée par microscopie confocale. En parallèle, le processus d’agrégation est étudié numériquement par des simulations de dynamique brownienne, dans lesquelles les interactions entre particules sont modélisées par le potentiel DLVO. Résultats expérimentaux et numériques sont comparés qualitativement et quantitativement, et un bon accord est obtenu. Les simulations apparaissent alors comme un outil intéressant pour prédire et contrôler le comportement de telles suspensions binaires. Cet outil est ensuite appliqué à des suspensions contenant une fraction volumique en solide un peu plus élevée (6-12 vol%). L’analyse des résultats de simulation a permis de prédire la présence d’une phase de type gel grâce à la détection du seuil de percolation dans le réseau d’agrégats.

  • Titre traduit

    Heteroagregation of synthetized oxide colloids in aqueous suspension : an experimental and nemerical study


  • Résumé

    This work is focused on the study of the colloidal structure and the aggregation mechanisms in aqueous suspensions of oppositely-charged model oxide particles that are prone to heteroagglomerate. Negatively charged, model, spherical, fluorescent silica particles are synthesized by a modified Stöber method. Two fluorescent dyes are used to distinguish particles in the confocal microscopy experiments. Similarly sized, positively charged particles are produced by a modification of the surface chemistry by formation of an outer alumina shell onto the silica particles. Two component, dilute aqueous suspensions (3 vol%) are prepared with five different ratios. Suspensions are experimentally characterized including measurement of pH, conductivity and sedimentation tests. The structure of the formed aggregates is analyzed by means of confocal microscopy. In parallel, the aggregation process is studied with the aid of Brownian dynamics simulations in which the interactions between particles are modeled the DLVO potential. The experimental results are compared qualitatively and quantitatively to those of simulations and a good agreement is obtained. Simulations appear as an important tool to predict and control the systems in such binary suspensions, therefore the same type of modeling is applied to systems with moderate volume fractions (6-12 vol%). The simulations have allowed to predict presence of a gel phase by detecting in the simulated suspensions a particles percolation network.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (134 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [123-135]

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
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