Layer-by-layer assembly of strong bio-inspired nanocomposites

par Rémi Merindol

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Olivier Félix et de Gero Decher.

Soutenue le 22-09-2014

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut Charles Sadron (Strasbourg) (laboratoire) .

Le président du jury était Luisa De Cola.

Le jury était composé de Monika Schönhoff.

Les rapporteurs étaient Lars Wågberg, André Studart.


  • Résumé

    Les performances exceptionnelles des composites naturels comme la nacre ou le bois émergent de l’arrangement précis d’éléments souples et rigides à l’échelle nanométrique. L’assemblage couche-par-couche permet la fabrication de films avec un contrôle nanométrique de l’organisation et de la composition. Ce travail décrit l’assemblage et les propriétés de nouveaux nano-composites contenant des nano-renforts 1-D (fibrilles de cellulose) et 2-D (plaquettes d’argile). Nous avons combiné les argiles avec une matrice extrêmement souple de poly(diméthylsiloxane) dans une architecture lamellaire imitant celle de la nacre. Nous avons étudié des composites à base de fibrilles de cellulose aléatoirement orientées dans le plan, puis alignées dans une direction pour mieux imiter les parois cellulaires du bois. Les propriétés mécaniques de ces composites bio-inspirés égalent ou surpassent celles de leurs homologues naturels, tout en étant transparents et dans certains cas auto-réparants.

  • Titre traduit

    Assemblage couche-par-couche de nano-composites bio-inspirés


  • Résumé

    Natural materials such as nacre or wood gain their exceptional mechanical performances from the precise organisation of rigid and soft components at the nano-scale. Layer-by-layer assembly allows the preparation of films with a nano-scale control over their organisation and composition. This work describes the assembly and properties of new nano-composites containing 1-D (cellulose nano-fibrils) and 2-D (clay nano-platelets) reinforcing elements. The clay platelets were combined with an extremely soft matrix (poly(dimethylsiloxane)) to mimic the lamellar architecture of nacre. Cellulose based composites with a random in plane orientation of the fibrils were studied first, later we aligned the fibrils in a single direction to mimic further the cell wall of wood. The mechanical properties of these bio-inspired composites match or surpass those of their natural counterparts, while being transparent and in one case self-repairing.


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