Layer-by-layer assembly of strong bio-inspired nanocomposites

Assemblage couche-par-couche de nano-composites bio-inspirés

• Auteur / Autrice : Rémi Merindol
• Direction : Olivier Félix, Gero Decher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 22/09/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Luisa De Cola
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monika Schönhoff
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lars Wågberg, André Studart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Matériaux hybrides

Composites à fibres

Polyvinylamides

Cellulose

Langmuir-Blodgett, Couches de

Polyélectrolytes

Mots clés libres

Multicouches de polyelectrolytes

Bio-mimétique

Matériaux hiérarchiques

Propriétés mécaniques

Films ultrafins

Auto-réparant

Microfibrilles de cellulose

Architectures multimateriaux

Polyelectrolyte multilayers

Bio-mimicry

Hierarchical materials

Mechanical properties

Ultrathin films

Self-healing

Microfibrillated cellulose

Multimaterial architectures

Résumé

Les performances exceptionnelles des composites naturels comme la nacre ou le bois émergent de l’arrangement précis d’éléments souples et rigides à l’échelle nanométrique. L’assemblage couche-par-couche permet la fabrication de films avec un contrôle nanométrique de l’organisation et de la composition. Ce travail décrit l’assemblage et les propriétés de nouveaux nano-composites contenant des nano-renforts 1-D (fibrilles de cellulose) et 2-D (plaquettes d’argile). Nous avons combiné les argiles avec une matrice extrêmement souple de poly(diméthylsiloxane) dans une architecture lamellaire imitant celle de la nacre. Nous avons étudié des composites à base de fibrilles de cellulose aléatoirement orientées dans le plan, puis alignées dans une direction pour mieux imiter les parois cellulaires du bois. Les propriétés mécaniques de ces composites bio-inspirés égalent ou surpassent celles de leurs homologues naturels, tout en étant transparents et dans certains cas auto-réparants.

Natural materials such as nacre or wood gain their exceptional mechanical performances from the precise organisation of rigid and soft components at the nano-scale. Layer-by-layer assembly allows the preparation of films with a nano-scale control over their organisation and composition. This work describes the assembly and properties of new nano-composites containing 1-D (cellulose nano-fibrils) and 2-D (clay nano-platelets) reinforcing elements. The clay platelets were combined with an extremely soft matrix (poly(dimethylsiloxane)) to mimic the lamellar architecture of nacre. Cellulose based composites with a random in plane orientation of the fibrils were studied first, later we aligned the fibrils in a single direction to mimic further the cell wall of wood. The mechanical properties of these bio-inspired composites match or surpass those of their natural counterparts, while being transparent and in one case self-repairing.