Modélisation du couplage adsorption – propriétés mécaniques dans des matériaux nanocomposites

par Elsa Perrin

Projet de thèse en Chimie Physique

Sous la direction de Anne Boutin et de Martin Schoen.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres en cotutelle avec l'Université technique de Berlin , dans le cadre de Chimie Physique et Chimie Analytique de Paris-Centre , en partenariat avec PROCESSUS D'ACTIVATION SELECTIVE PAR TRANSFERT D'ENERGIE UNI-ELECTRONIQUE OU RADIATIF (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    La conception de matériaux nanocomposites est un champ en pleine expansion. Ces derniers sont composés de plusieurs phases dont l'une au moins a une, deux ou trois dimensions inférieures à 100 nanomètres. Parmi les innovations dans ce domaine, les hydrogels nanocomposites sont intéressants en raison de leurs propriétés mécaniques, thermiques et catalytiques. Il a en particulier été proposé de faire adhérer deux hydrogels en utilisant les propriétés mécaniques des matériaux nanocomposites [1]. La difficulté à coller ensemble deux hydrogels vient des traitements (chimique, température, variation du pH ) nécessaires pour faire adhérer deux hydrogels. Les auteurs de l'étude ont utilisé des systèmes nanocomposites faits de nanoparticules de silice et d'hydrogels. Une adhésion plus importante entre les deux hydrogels pouvait être obtenue en déposant une goutte d'une solution de nanoparticules de silice sur la surface d'un premier hydrogel, avant de le faire entrer en contact avec un second. La présence de nanoparticules a donc renforcé le système. Cependant, le couplage entre la chimie de l'adsorption et les propriétés mécaniques qui en résultent n'a été que très peu étudié. Notre travail consiste en l'étude de ce couplage dans le cas d'hydrogels contenant des nanoparticules. Ce projet a pour ambition de développer de nouveaux modèles et des méthodes de simulation multi-échelle afin de mieux comprendre le phénomène d'encollage et d'aider à concevoir des matériaux nanocomposites ayant des propriétés innovantes. [1] S. Rose, A. Prevoteau, P. Elzière, D.Hourdet, A. Marcellan and L. Leibler, Nature, 505, 382(2014).

  • Titre traduit

    Modelling of the coupling between adsorption and mechanical properties in nanocomposite materials


  • Résumé

    The design of nanocomposite materials is a fast-growing field. Nanocomposite materials consist of several phases where one of the phases has one, two or three dimensions of less than 100 nanometers. Among those materials, nanocomposite hydrogels display an amazing array of mechanical, thermal, and catalytic properties. In particular, a way has been found to glue together two hydrogels using the mechanical properties of nanocomposite materials [1]. It is difficult to glue together polymer gels because it requires chemical reactions, pH changes or heating. The authors from the study used nanocomposite materials made by hydrogel and silica nanoparticles. Stronger adhesion between the two hydrogels was obtained by spreading a droplet of a silica nanoparticle solution on the surface of one gel and then bringing a second gel into contact with it. Hence the presence of nanoparticles reinforced the system. However, the coupling between the chemistry of adsorption and the resulting mechanical properties has been poorly explored. Our work will be interested in this coupling in the case of a mixture with hydrogel and nanoparticles. This projects aims at developing new models and multi-scale simulation methods for a better understanding of gluing phenomenon and to help designing nanocomposite with novel properties. [1] S. Rose, A. Prevoteau, P. Elzière, D.Hourdet, A. Marcellan and L. Leibler, Nature, 505, 382(2014).