Auto-organisation de matériaux multi-échelles par séchage (des mécanismes de retrait des ménisques dans un milieu poreux modèle à la cristallisation de nanoparticules)

Abstract

L'organisation des matériaux sur plusieurs échelles de longueur peut leur donner des propriétés physiques spécifiques intéressantes pour l'optique, ou la biodétection par exemple. Il est en particulier possible d'atteindre une organisation hiérarchique de nanoparticules par évaporation d'une suspension colloïdale sur une surface texturée. Cette thèse porte sur l'auto-organisation de matériaux multi échelles par séchage d'une solution en milieu poreux modèle formé entre un substrat et une surface décorée d'un réseau de plots micrométriques. Nous avons étudié les mécanismes de recul d'un ménisque conduisant à la formation de films durant l'évaporation d'une solution de tensioactifs dans ce milieu. Nous avons de plus pu établir un modèle numérique rendant compte des évolutions temporelles des paramètres macroscopiques de la goutte tels que son aire, son périmètre ou la morphologie des films formés. Nous avons ensuite effectué des expériences de séchage en milieu poreux modèle de suspensions de quantum dots fonctionnalisés par des molécules amphiphiles et nous avons caractérisé les matériaux obtenus par diffraction des rayons X aux petits angles et par différentes techniques de microscopie. Nous avons enfin pu généraliser cette technique d'auto-organisation multi-échelle à des nanobâtonnets métalliques ou semiconducteurs.The multi-scale organization of materials can give them specific physical properties making them interesting devices for applications in many fields that include optics and bio-detection. It is possible to achieve a hierarchical organization of nanoparticles via the evaporation of a colloidal suspension on a micro-textured surface. This work focuses on the self-organization of multi-scale materials through the drying of complex fluids in a porous medium consisting of an assembly of regularly arranged micron-sized pillars. More specifically, we have studied experimentally the physical mechanisms behind the retraction of menisci that occurs during the drying of a solution of surfactants and leads to the formation of dried-liquid films between pillars. In addition, we have developed a simple model based on experimental observations that allows us to predict the evolution of most of the macroscopic features of the drying drop, that is, its area, its perimeter, and the morphology of the obtained films. Then, we studied the drying of suspensions containing quantum dots functionalized with amphiphilic molecules and we characterized the resulting material using several techniques, including small angle X-ray diffraction and optical microscopy. We conclude with a generalization of this technique to the drying of suspensions containing other particles such as gold nanorods and semiconducting nanorods.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF