Electrolytes aux interfaces : accès aux premiers nanomètres par la technique des ondes stationnaires.

par Soumaya Ben Jabrallah

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean Daillant et de Florent Malloggi.

Soutenue le 13-12-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Institut Rayonnement Matière de Saclay (laboratoire) .

Le président du jury était Emmanuelle Dubois.

Le jury était composé de Sophie Cantin Riviere.

Les rapporteurs étaient Sophie Cantin Riviere, Alain Gibaud.


  • Résumé

    La distribution des ions et des charges aux interfaces solide-liquide est d'une importance capitale dans de nombreux phénomènes et processus. En particulier, le développement de la microfluidique a renforcé la nécessité de comprendre et de contrôler les distributions d'ions dans la double couche électrique. En effet, les phénomènes qui se produisent dans la couche diffuse de Gouy-Chapman deviennent dominants dans la détermination des propriétés d'écoulement lorsque les tailles de canaux deviennent comparables à la longueur de Debye. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé la technique des ondes stationnaire de rayons X pour déterminer la distribution interfaciale d’ions. Nous avons développé des cellules de quelques centaines de nanomètres voir moins dont l’épaisseur est mesurée précisément par réflectivité des rayons X. Dans ces cellules, avons confiné le film liquide entre les multicouches qui permettent de créer l'onde stationnaire et un film polymère. La fluorescence des ions dans ce champ permet alors d’extraire leur distribution aux interfaces avec une résolution spatiale de quelques Angströms. Ce travail a été réalisé pour plusieurs solutions contenant différents mélanges d'ions monovalents (Chlorure, Potassium, Césium et Iode) à plusieurs concentrations. Dans une deuxième partie de ce travail, nous présentons les résultats pour des chlorures de lanthanides. Ces études nous ont permis de déterminer la composition de la couche de Stern et la distribution des ions au sein de cette couche pour l'ensemble des paires La3+/Ce3+, La3+/Eu3+, La3+/Gd3+, Ce3+/Eu3+, Ce3+/Gd3+ et Eu3+/Gd3+. Nous avons pu alors classer ces différents ions et discuter le classement.

  • Titre traduit

    Electrolytes at interfaces : accessing the first nanometers using X-ray standing waves


  • Résumé

    The distribution of ions and charges at solid-water interfaces is of key importance in a number of phenomena and processes. In particular the development of microfluidics has strengthened the need for understanding and controlling ion distributions in the electric double layer. Indeed, phenomena occurring within the diffuse Gouy-Chapman layer become dominant in determining flow properties as channel size become on the same order of magnitude of the Debye length. In this thesis, we used the technique of X-ray standing waves to determine the distribution of interfacial ions. We have developed cells with thicknesses of a few hundred nanometers or less, precisely measured by X-ray reflectivity. The liquid film is confined between the multilayer which create the standing wave and a polymer film. The ion fluorescence allows to determine the interfacial distribution with a spatial resolution of a few Angstroms. This work was carried out for solutions containing different mixtures of monovalent ions (chloride, potassium, cesium and iodine) at several concentrations.In the second part of this work, we present the results for lanthanide chlorides. These studies have allowed us to determine the composition of the Stern layer and the distribution of ions in this layer for all pairs La3+/Ce3+, La3+/Eu3+, La3+/Gd3+, Ce3+/Eu3+, Ce3+/Gd3+ et Eu3+/Gd3+. We could then classify these ions and discuss the series.

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