Cristaux liquides thermotropes et lyotropes pour la formation des nanohybrides de ZnO

Thermotropic and lyotropic liquid crystals for the formation of zinc oxide nanohybrids

• Auteur / Autrice : Sarmenio Saliba
• Direction : Jean-Daniel Marty, Myrtil Kahn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie macromoléculaire et supramoléculaire
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxyde de zinc

Nanoparticules

Cristaux liquides

Mots clés libres

Nanoparticules

Cristaux liquides

Croissance anisotrope

Oxyde de zinc

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit décrit l'incorporation de matériaux inorganiques à l'intérieur des matrices organiques. Notre ambition était de réussir à hybrider des nanostructures de ZnO avec des matériaux cristal liquides (CL). Ceci a été réalisé en utilisant différentes stratégies, dont le choix dépendait des propriétés finales du matériau. L'objectif était non seulement de réaliser la synthèse et la stabilisation des nanoparticules (NP), mais aussi d'étudier leur organisation dans un milieu cristal liquide. A cette fin, la première approche envisagée a consisté dans la fonctionnalisation des NPs isotropes préformées de ZnO par des ligands CLs thermotropes. Ceci a été rendu possible en utilisant un mécanisme d'échange de ligands. En raison d'un équilibre dynamique à la surface de ZnO, les molécules mésogènes peuvent s'organiser à la surface des NPs, donnant naissance à des hybrides CL/NP possédant des propriétés innovantes. Une seconde approche utilisant des cristaux liquides lyotropes, a ensuite été utilisée pour organiser les NPs. Dans ce cas, les NPs ont été synthétisé directement à l'intérieur des phases lyotropes. La synthèse de ZnO a donc été confinée à des domaines de taille définie. La forme de ces domaines permettant un contrôle direct de l'organisation des NPs. En dehors de l'organisation des NPs, notre objectif a consisté dans l'élaboration des nano-objets anisotropes assistée par des CL. Les molécules thermotropes avec une structure ramifiée se sont révélés être des modèles de croissance remarquable pour des nanocristaux anisotropes de ZnO. Cette croissance anisotrope est en particulier influencée par la taille des molécules CLs.

The work presented in this manuscript describes the incorporation of inorganic materials inside organic hosts. Our ambition was to successfully hybridize ZnO nanostructures with liquid crystals. This was achieved using different strategies, the choice of which depended on the desired properties of the final material. The objective was not only the synthesis and stabilization of the nanoparticles within, but also their organization in the LC medium. One approach was the functionalization of preformed ZnO spherical nanoparticles by thermotropic LC ligands. This was made possible using a ligand exchange mechanism. Due to a dynamic equilibrium at the surface of ZnO NPs, the mesogenic molecules could exhibit order at the molecular level, giving rise to novel LC/NP hybrids with enhanced LC properties. The organization of NPs could also be induced by the use of lyotropic liquid crystals. In this case, the NPs were not simply doped into a LC material, but synthesized directly inside the lyotropic phases. The synthesis of ZnO was therefore confined to domains of defined size and shape which can directly control the organization of the nanostructures growing within. Apart from organization of NPs, our constant objective was the fabrication of anisotropic nanoobjects via LC-assisted synthesis. Thermotropic liquid crystals consisting of novel low molecular weight branched mesogens have proved to be remarkable templates for anisotropic growth of ZnO nanocrystals. This anisotropic growth was also found to be influenced by the size of the LC molecules as observed with the fabrication of ZnO inside LC polymers. This work has shown the possibility of integrating inorganic material in LCs providing that the two constituents are able to sufficiently interact with one another.