Microfluidic synthesis of switchable materials

par Juan Héctor Gonzalez Estefan

Thèse de doctorat en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Guillaume Chastanet et de Mathieu Gonidec.

Soutenue le 31-10-2019

à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) (laboratoire) .

Le président du jury était Mario Maglione.

Le jury était composé de Guillaume Chastanet, Mathieu Gonidec, Josep Puigmarti-Luis, Anne Bleuzen.

Les rapporteurs étaient Josep Puigmarti-Luis, Anne Bleuzen.

  • Titre traduit

    Synthèse microfluidique de matériaux commutables


  • Résumé

    La méthodologie classique pour la synthèse de matériaux à transition de spin a un certain degré d’irréproductibilité du fait de l’imprévisibilité des flux turbulents à l’intérieur du milieu réactionnel contenu dans la verrerie ordinaire de laboratoire. Pour tenter de résoudre ce problème, nous explorons la microfluidique de gouttelettes sans tensioactifs comme une nouvelle méthode d’obtention de matériaux à transition de spin.Après avoir testé divers dispositifs microfluidiques, nous avons synthétisé le MOF de type Hofmann [Fe(pz)Pt(CN)4] en combinant deux solutions de réactifs dans un canal débouchant immédiatement dans une buse de focalisation de flux. Le produit obtenu présente une réduction drastique de la taille de particule par rapport aux méthodes classiques, et affiche un comportement magnétique consistent avec les nanoparticules rapportées antérieurement.Malheureusement, du fait des hautes concentrations utilisées ici, la réaction se produit très rapidement, et le dispositif peut facilement se boucher si les flux sont modifiés ou perturbés. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une nouvelle méthode : une substance causant un gonflement du PDMS est mélangée avec l’huile de la phase continue pour obtenir une réduction des dimensions du dispositive, et ainsi réduire le diamètre des gouttes de presque deux ordres de grandeur.


  • Résumé

    The conventional methodology to synthesize spin-crossover materials has some degree of irreproducibility due to the unpredictability of the turbulent flows in the reaction media contained in ordinary laboratory glassware. To address this issue, we explore surfactant-free droplet microfluidics as a new method to synthesize spin-crossover materials.After probing the use of different microfluidic devices, we synthesized the Hofmann type MOF [Fe(pz)Pt(CN)4] by combining two solutions with reactants into a channel that immediately reaches a flow-focusing junction. The product obtained displays a strong decrease in its particle size compared with the batch synthesis. The obtained nanoparticles display a magnetic behavior consistent with the nanoparticles reported previously.Unfortunately, under the high concentrations used here, the reaction occurs very quickly, and the device can easily clog when the flow rates are changed. This leads to difficulties when attempting to modulate the dimensions of the droplets without affecting the general performance of the device. To solve this problem, we developed a new method where a swelling agent is combined with the oil used as the continuous phase, resulting in a change in the critical dimensions of the PDMS chip and a change of the diameter of the droplets of almost two orders of magnitude.



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