Synthèses et assemblages de nanoparticules

par Céline Burel

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Bertrand Donnio et de Rémi Dreyfus.

Soutenue le 25-09-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Laboratoire des Recherches sur les Sciences de la Matière (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-Baptiste Salmon, Jean-François Joanny, Ahmed Alsayed.

Les rapporteurs étaient Benjamin Abécassis, Véronique Schmitt.


  • Résumé

    Les nanoparticules (NPs) assemblées en architectures 2D ou 3D présentent de nouvelles propriétés optiques, magnétiques et électroniques collectives. Par exemple, des NPs d’argent (Ag) ou d’or (Au) absorbent la lumière à des longueurs d’onde plus grandes lorsqu’elles sont compactées que lorsqu’elles sont éloignées. Tout d'abord, des microparticules de latex et des NPs d’or sont assemblées par la technique de pervaporation microfluidique afin de former des matériaux denses aux dimensions contrôlées. En réduisant la concentration en sels contenus dans les dispersions de particules, ces dernières s’organisent en cristaux hexagonaux. Des matériaux millimétriques constitués de petites particules densément ordonnées sont collectés, offrant ainsi une base solide quant à la conception de nouveaux optomatériaux fonctionnels à l’échelle micrométrique. Ensuite, des NPs d’or et d’argent sont assemblées sur des gouttes d’émulsion afin de fabriquer des matériaux dispersés. En contrôlant les charges et la mouillabilité des particules, celles-ci s’adsorbent et se compactent en surface de gouttes. Les NPs sont ensuite fixées dans une écorce organique par une polymérisation à l’interface de l’émulsion. Dans des conditions bien définies, des microcapsules Au NP-silice et Au NP-polyacrylate respectivement sensibles aux déformations mécaniques et aux variations de pH sont obtenues. Ces microcapsules changent de couleur du fait de l’augmentation de la distance entre les Au NPs lors de la déformation des capsules. Chacune de ces microcapsules étant un capteur à elle toute seule, ces résultats ouvrent la voie vers la conception de nouveaux capteurs à l’échelle micrométrique.

  • Titre traduit

    Nanoparticles syntheses and assemblies


  • Résumé

    Nanoparticles (NPs) assembled into two- or three-dimensional architectures offer new collective optical, magnetic and electronic properties. For instance, closely packed gold (Au) and silver (Ag) NPs absorb light at higher wavelength than when they are far apart. In the first part of this thesis, the technique of microfluidic pervaporation is used to assemble micron size latex particles and Au NPs in bulky materials of controlled dimensions. By reducing the concentration of salts in the particles dispersions, the particles organize in hexagonal crystals. Millimeter-long materials of small well-organized densely packed particles are collected, offering solid groundwork as for the design of new functional microscale optomaterials. In the second part of this thesis, the assembly of NPs on droplets is used to fabricate dispersed materials. By tuning the charges and wettability of Au and Ag NPs, they adsorb at the surface of emulsion droplets. A subsequent polymerization at the interface of the emulsion allows to lock the NPs inside an organic shell. In well-defined conditions, novel Au NP-silica microcapsules responsive to mechanical strains and Au NP-polyacrylate microcapsules responsive to pH variations are engineered. These microcapsules change color during their deformation due to the increase of the distance between the Au NPs. Each one of the microcapsules being one sensor by itself, these results pave the way as for the design of new microscale sensors.


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