De nouvelles stratégies pour préparer des élastomères à cristaux liquides pour des applications innovantes

New strategies to prepare liquid crystal elastomer for innovative applications

• Auteur / Autrice : Bin Ni
• Direction : Min Hui Li, Michaël Tatoulian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Moléculaire
• Date : Soutenance le 26/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche de chimie Paris - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Corté
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Min Hui Li, Jutta Rieger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Vidal, Stéphane Méry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymérisation sous plasma

Cristaux liquides

Élastomères

Chimie topologique

Mots clés libres

Élastomères cristaux liquides

Polymérisations induites par plasma

Fluorescence

Plateforme bio-Hybride

Liquid crystal elastomer

Plasma-Induced polymerizations

Fluorescence

Bio-Hybrid platform

Résumé

La recherche sur les matériaux souples et intelligents, y compris les élastomères à cristaux liquides, devient de plus en plus attrayante à un moment où l'expansion des systèmes artificiels fleurit. Les élastomères cristaux liquides (ECLs) ont des applications potentielles dans les capteurs, les actionneurs, les muscles artificiels, etc. Diverses méthodes de synthèse et stratégies d'alignement ont été proposées pour répondre au développement des ECLs dans ces différents domaines. Cependant, de nombreux défis subsistent comme la réalisation de matériaux ECLs de tailles précises et de structures contrôlées présentant des déformations 3D sophistiquées, ou possédant des propriétés mécaniques améliorées permettant d’envisager des utilisations industrielles réelles. Parallèlement, la recherche d'applications innovantes, basées sur des systèmes biomimétiques, est une autre tendance actuelle de la recherche dans le domaine des ECLs.Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle stratégie utilisant un champ magnétique pour préparer des ECLs de grandes tailles et de formes 3D variées qui sont difficiles à réaliser autrement (chapitre 2), ainsi qu’une nouvelle méthode de synthétique utilisant la polymérisation induite par plasma pour obtenir des actionneurs ECLs présentant notamment des déformations en flexion (chapitre 3). Des robots souples biomimétiques comme un marcheur rampant et une mimique de fleur ont été construits à partir d’ECLs (chapitres 2 et 3). Des ECLs à photoluminescence thermosensible ont également été développés avec une application potentielle comme capteur ou actionneur fluorescent souple (chapitre 4). Enfin, des systèmes intelligents hybrides biotiques-abiotiques ont été créés par intégration d'une aile de papillon avec des ECLs, qui ont montré la capacité de ces ECLs à provoquer l'activité mécanique de l'aile et à moduler sa couleur par déformation (chapitre 5).

The research on soft smart materials including liquid crystal elastomers becomes more and more appealing at a time when the expansion of artificial systems is blooming. Liquid crystal elastomers (LCEs) have potential applications in sensors, actuators, artificial muscles and so on. Various synthetic methods and alignment strategies have been proposed to meet the development of LCEs in different fields. However, numerous challenges still exist, such as how to scale up precisely the LCE structures with sophisticated 3D deformations, how to prepare LCEs with mechanical properties strong enough for real industrial use, etc. Meanwhile, the development of innovative applications of LCEs, like in biomimetic systems, is also the current research tendency in LCE domain.In this thesis we report on a new strategy using magnetic field for LC alignment to prepare LCEs with large sizes, numerous 3D shapes, and various actuation modes that are difficult to realize otherwise (chapter 2), and a new synthetic method using plasma-induced polymerizations to obtain LCE actuators especially with bending deformation (chapter 3). Biomimetic soft robots like crawling walker and flower mimic were built by LCE samples (chapter 2 and 3). LCEs with thermo-responsive photoluminescence was also developed with potential application as soft fluorescent sensors and actuators (chapter 4). Finally, biotic-abiotic hybrid smart systems were made by the integration of a butterfly wing with LCEs, which showed the capability of LCE to actuate the mechanical action of the wing and to modulate its structural color (chapter 5).