Activation photothermique dans le proche-infrarouge pour l'impression 4D

Photothermal activation in the near-infrared range for 4D printing

• Auteur / Autrice : Valentin Launay
• Direction : Jacques Lalevée, Céline Dietlin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 10/05/2022
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photochimie

Spectroscopie infrarouge proche

Photopolymérisation

Impression 4D

Impression 3D

Mots clés libres

Photopolymérisation

Impression 3D

Impression 4D

Effet photothermique

Rayonnement proche-infrarouge

Photochimie

Stérilisation

Auto-cicatrisation

Photopolymerization

3D printing

4D printing

Photothermal effect

Near-infrared radiation

Photochemistry

Sterilization

Self-healing

Résumé

L'objectif de ce projet de thèse a été de procéder à l’élaboration de matériaux ayant pour application l’impression 4D. Pour ce faire, cette thèse s’est articulée autour de deux axes fondamentaux. Dans un premier temps, des recherches ont été conduites concernant l’influence des colorants absorbant dans le proche-infrarouge sur l’effet photothermique généré. Ainsi, divers facteurs tels que la concentration en colorant, la longueur d’onde d’irradiation, l’irradiance de la source lumineuse ou le monomère utilisé ont été étudiés dans le but de contrôler la température atteinte par un polymère sous différentes conditions. Ce premier axe a servi de pilier pour le second, consistant à modifier les propriétés d’un polymère. En effet, l’effet photothermique généré a permis le collage de polymères. De plus, des propriétés auto-cicatrisantes ont pu être observées par microscopie optique. En outre, il a été possible de modifier la forme de polymères de manière réversible. L’effet photothermique a également été exploité pour stériliser des polymères. En effet, les très hautes températures obtenues lors de courtes irradiations ont permis la destruction totale de microorganismes mésophiles. Enfin, ces propriétés ont été appliquées à des objets imprimés en 3D, permettant d’obtenir de véritables applications 4D.

The objective of this PhD work was the elaboration of materials having 4D printing as final application. For this purpose, this thesis was structured around two fundamental axes. First, research was conducted about the influence of near-infrared absorbing dyes on the generated photothermal effect. Thus, various factors such as the dye concentration, the irradiation wavelength, the irradiance of the light source or the monomer used have been studied in order to control the temperature reached by a polymer under different conditions. This first axis served as a basis for the second one, consisting in modifying the properties of a polymer. Indeed, the generated photothermal effect allowed the bonding of polymers. Moreover, self-healing properties could be observed by optical microscopy. Moreover, it was possible to modify the shape of polymers in a reversible way. The photothermal effect was also exploited to sterilize polymers. Indeed, the very high temperatures obtained during short irradiations allowed the total destruction of mesophilic microorganisms. Finally, these properties have been applied to 3D printed objects, allowing to obtain real 4D applications.