Thèse soutenue

Synthèse, structure, organisation et premières applications des microcapsules colloïdales de ZnO élaborées par voie microfluidique
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Auteur / Autrice : Najla Ghifari
Direction : Abdel Illah El AbedAdil Chahboun
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
Date : Soutenance le 14/12/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaadi (Tanger, Maroc). Faculté des Sciences et Techniques
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Lumière, matière et interfaces (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2020-...)
référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
Jury : Président / Présidente : Bruno Le Pioufle
Examinateurs / Examinatrices : Anne-Virginie Salsac, Abdelmajid Almaggoussi, Najib Benzakour, Taleb Abdehafed, Aouni Abdesalam
Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Virginie Salsac, Abdelmajid Almaggoussi

Mots clés

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Résumé

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Ce travail se concentre sur le développement d’une approche microfluidique originale à base degouttelettes pour générer des sphères de ZnO de taille micrométrique très monodispersées avec une taille et une morphologie bien contrôlées. Cette approche est simple et prometteuse non seulement pour la fabrication de microcapsules de ZnO de taille uniforme, avec une taille ajustable et un contrôle précis à l’échelle micrométrique, mais aussi pour acquérir de nouvelles connaissances sur la compréhension des processus de croissance colloïdale et l’auto-organisation des nanoparticules de ZnO par la voie microfluidique. En outre, ces microparticules peuvent trouver des applications intéressantes dans de nombreux domaines tels que la photonique, le photovoltaïque ou la biomédecine. Ce travail porte sur l’effet des paramètres de fabrication sur la formation de gouttelettes, la taille et la stabilité des microsphères résultantes, ainsi que sur l’étude de leurs propriétés optiques et électriques, encouplant les travaux expérimentaux et théoriques. Nous avons montré la synthèse, dans une gamme micrométrique allant de 10 µm à 30 µm, de microcapsules de ZnO mésoporeuses à enveloppe fine et flexible. Nous étudions la caractéristique polaire des nanoparticules de ZnO et leur auto-organisation interfaciale. En outre, nous révélons que les charges électriques portées par lesunités primaires de ZnO jouent un rôle crucial dans la stabilité des gouttelettes en présence et en absence de molécules chargées. Elle joue également un rôle clé tout au long du processus d’assemblage, de la création des nanoparticules colloïdales de ZnO aux microgouttelettes, et enfin aux microsphères. Nous rapportons, pour la première fois, l’auto-organisation de microgouttelettes de ZnO liquide dopé en réseaux carrés. Nous démontrons qu’un tel résultat révèle l’aspect polaire des microgouttelettes de ZnO et corrobore un changement d’équilibre entre les forces motrices contrôlant l’organisation des nanoparticules de ZnO à l’échelle nanométrique. Nous avons développé différents modèles, en très bon accord avec le champdipolaire et les mécanismes de forces interfaciales, pour étayer les résultatsexpérimentaux mis en avant, et pour expliquer l’organisation interfaciale des nanoparticules de ZnO/RhB sur la base des propriétés d’organisation des gouttelettes de ZnO. À partir de nos résultats et de la dépendance constatée de la taille des microcapsules, de l’épaisseur de la coquille et de la densité de surface des nanoparticules par rapport à la taille des gouttelettes, nous fournissons un modèle original de la contribution des facteurs impliqués dans le mécanisme de formation de la coquille.