Hydrogels nanocomposites obtenus par auto-assemblage de polymères amphiphiles et de fullerène

Nanocomposite hydrogels from the self-assembly of an amphiphilic polymer and fullerene

• Auteur / Autrice : Théo Merland
• Direction : Christophe Chassenieux, Stéphanie Legoupy, Lazhar Benyahia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des polymères
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - MOLTECH-Anjou (Angers ; 2004-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Chassenieux, Stéphanie Legoupy, Lazhar Benyahia, François Ganachaud, Fabrice Cousin, Fabienne Gauffre, Thierry Aubry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Ganachaud, Fabrice Cousin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés amphiphiles

Fullerènes

Nanogels

Hydrocolloïdes

Mots clés libres

Fullerène C60

Polymère amphiphile

Suspensions colloïdales

Hydrogels nanocomposites

Émulsification-évaporation

Effet Ouzo

C60 fullerene

Amphiphilic polymer

Colloidal suspensions

Nanocomposite hydrogels

Emulsification-evaporation

Ouzo effect

Résumé

Cette thèse traite de l’'élaboration de particules colloïdales de fullerène C60 en milieu aqueux en combinant un polymère amphiphile comme stabilisant, et deux procédés de dispersion. Un premier procédé d’'émulsification-évaporation impliquant des ultrasons a permis d’'obtenir une grande variété de particules en termes de morphologies et tailles. On peut former des particules isotropes de 2 à 50 nm et des nanofeuillets de fullerène de 10 nm d’'épaisseur et de longueur et largeur de quelques centaines de nm. Le mécanisme de nucléation-croissance des particules est discuté, ainsi que la caractérisation structurale surtout des nanofeuillets, par des techniques de diffusion de la lumière et des rayons X et par cryo-microscopie électronique à transmission permettant de les sonder à différentes échelles de longueur. Les particules s'avèrent être cristallines. L’'incorporation de telles particules dans des hydrogels a permis d’'en augmenter la rigidité, sans affecter leur capacité à se régénérer après rupture. Le second procédé : l’'effet Ouzo, a été utilisé pour élaborer des particules de fullerène sphériques et plus grosses qu’'avec l’'autre méthode (tailles variant entre 100 et 1000 nm). Le diagramme de phase a été établi, ainsi que l’'influence de divers paramètres procédé sur la taille des particules. De nouveau, l’'ajout de polymère amphiphile a permis d’'obtenir des particules plus stables comme établi par des études de centrifugation analytique.

This thesis reports on the design of colloidal particles of fullerene C60 dispersed in water mediated by the use of an amphiphilic polymer which acts as a stabilizer, and through two dispersion processes. The first one is emulsification-evaporation assisted by ultrasounds. A wide variety of morphologies and sizes of nanoparticles was then produced, ranging from isotropic particles (with size between 2 and 50 nm) to nanoplatelets whose thickness was approximately 10 nm, and the length and width a few hundreds of nm. A nucleation-growth mechanism for the nanoparticles is discussed, as well as their structural investigation using scattering techniques (light and X-ray) combined with cryo- transmission electron microscopy for covering a wide length scale. The particles appeared to be crystalline. The incorporation of such nanoparticles within hydrogels resulted in an increase of their stiffness, without affecting their ability to self-heal after rupture. The second dispersion process, namely the Ouzo effect, was used to produce fullerene spherical particles which were spherical and larger than with the other method (sizes varying between 100 and 1000 nm). The phase diagram has been established and various processing parameters have been tuned for modifying the size of the particle. Here again, the use of the amphiphilic polymer has allowed to make the particles much more stable as characterized by analytical centrifuge measurements.