Matériaux cristaux liquides magnétiques

Magnetic liquid-cristal materials

• Auteur / Autrice : Ophélie Riou
• Direction : Aikaterini Soulantika, Barbara Lonetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie macromoléculaire et supramoléculaire
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères cristaux liquides

Élastomères

Mots clés libres

Elastomère cristal liquide

Nanoparticules de cobalt

Polymère cristal liquide

Nanoparticules magnétiques

Matériaux hybride

Résumé

Les élastomères cristaux liquides (ECL) offrent la possibilité d'obtenir des actionneurs, des muscles artificiels et autres senseurs. En effet, ces matériaux combinent les propriétés élastiques des élastomères aux propriétés d'organisation liées au cristal liquide et peuvent ainsi changer de forme sous l'effet de la température. En ajoutant des nanoparticules magnétiques, la matrice ECL offre l'intérêt de répondre à un champ magnétique. Dans cette thèse, le polymère sélectionné est un polysiloxane. Il a une température de transition vitreuse très basse et il est donc très flexible à température ambiante. De plus, il est facile à réticuler. Les nanoparticules choisies sont des nanobâtonnets de cobalt, car leur forme anisotrope permet d'avoir une susceptibilité magnétique élevée. Pour comprendre les mécanismes qui sont en jeu, nous nous intéressons d'abord à l'étude des systèmes non réticulés, c'est-à-dire aux polymères cristaux liquides dopés avec des nanoparticules magnétiques (PCLM), et nous les comparons aux polymères cristaux liquides seuls (PCL). Sur ces polymères une étude structurale poussée a été menée afin d'avoir une analyse des matériaux à diffèrentes échelles. On constate qu'en presence d'une interaction de la matrice cristal liquide avec les nanobâtonnets de cobalt, les mésogènes du PCLM s'orientent mieux sous champ magnétique. Dans le cadre des études magnétiques, on observe que les PCLM présentent des champs coercitifs plus élevés que ceux prevus par la théorie. Ceci est dû au fait que le PCLM est un milieu dilué qui réduit les interactions dipolaires. Ensuite nous avons étudié les systèmes réticulés, et pour ce faire, nous avons mis au point les conditions de synthèse. Les matériaux obtenus sont cristal liquides et ferromagnétiques. Nous souhaitions appliquer le champ magnétique sur le composite et observer sa déformation mécanique. Cependant pour voir un changement de forme du matériau, il faut qu'il soit monodomaine. Ainsi nous avons réalisé des synthèses du composite sous champ magnétique, à température ambiante, pour orienter les mésogènes, ainsi que les nanobâtonnets de cobalt, dans une même direction. Après avoir observé les échantillons, en diffraction des rayons X et en magnétométrie, il apparait que les nanabâtonnets sont bien alignés. Par contre, pour orienter les mesogènes, il apparait qu'il serait préférable de se placer à la température isotrope en appliquant le champ magnétique. Cette étude a validé la faisabilité de réaliser des réseaux élastomères mésomorphes magnétiques et a montré l'apport potentiel du dopage de la matrice cristal liquide par des nanobâtonnets de cobalt.

Liquid-Crystalline Elastomers (LCE) allow to obtain actuators and other sensors. These materials can change shape under temperature. In addition to magnetic nanoparticles, LCE offer the interest of responding to a magnetic field. In order to understand the mechanisms at stake, we start by the study of no cross-linkage systems that is to say by liquid-crystalline polymers doped with magnetic nanoparticles (PCLM). Then, we compare it at only liquid-crystalline polymers (PCL). The strutural study of these polymers shows that in presence of an interaction between the liquid-crystalline matrix and the cobalt nanorods, mesogens of PCLM show a better alignment under magnetic field. Then, we have studied the cross-linkage systems. The Materials obtained are liquid-crystal and ferromagnetic. To see a shape modification of the material it must be monodomain. Thus, we have realized syntheses of composite under magnetic field at room temperature, to aligne the mesogens and the cobalt nanorods in the same direction. The observation of these samples enables to see that the cobalt nanorods are well aligned. However, to aligne the mesogens it appears that it would be better to use an isotropic temperature and to apply the magnetic field. This study has approved the feasibility to realize magnetic mesomorphous elastomers and has shown the contribution of doping of the liquid-crystalline matrix by cobalt nanorods.