Les rotors moléculaires rencontrent la mécanique des fluides : Cartographie microrhéologique de fluides complexes en micromélange et sous confinement.

Molecular rotors meet fluid mechanics: Microrheology mapping of complex fluids during micromixing and under confinement.

• Auteur / Autrice : Mingshan Chi
• Direction : Yaocihuatl Medina-Gonzalez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 22/09/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire du Futur
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matière Molle et Microfluidique

Mots clés

Mots clés libres

Microfluidics

Rotors moléculaires

Micro mélangeur

Microfluidics

Molecular rotors

Micromixer

Résumé

Ces dernières années, la demande d'exploration des propriétés de réponse dynamique à de très petites échelles de longueur a considérablement augmenté. La microrhéologie des fluides complexes décrit comment les matériaux stockent et dissipent l'énergie mécanique en fonction de l'échelle de longueur. Elle traite des propriétés locales dans des échantillons hétérogènes qui sont inaccessibles aux mesures rhéologiques conventionnelles, dans des matériaux allant des polymères synthétiques aux gels et aux biofilms, ainsi que dans un large éventail de processus, tels que les milieux réactifs, le séchage et le filtrage. En particulier, l'étude de la microrhéologie des fluides complexes pendant les processus de mélange à l'échelle macro et micro présente toujours des défis techniques et scientifiques qui doivent être relevés. Les rotors moléculaires (MRs) sont proposés pour surmonter ces défis. Les MR tirent leur sensibilité mécanochimique du principe du transfert de charge intramoléculaire torsadé (TICT). Lors de la photoexcitation, le MR subit une rotation intramoléculaire qui modifie sa configuration électronique et permet la désintégration non radiative de l'état excité. L'accessibilité de cette voie dépend de la vitesse à laquelle la rotation intramoléculaire peut se produire, qui est sensible à la viscosité du milieu environnant. L'efficacité quantique de la fluorescence et la durée de vie du MR dépendent de la viscosité de son environnement local. Ainsi, les MRs peuvent être utilisés pour imager la microviscosité dans des environnements complexes. Les objectifs de la thèse sont : - Dans un premier temps : La synthèse et l'utilisation de MRs en solution pour étudier la microviscosité de fluides complexes pendant le micromélange. En fabriquant différents micromélangeurs passifs permettant l'observation directe, le modèle entre la durée de vie fluorescente des MRs et la microviscosité sera établi. - Pour les systèmes confinés : L'utilisation de MRs en solution pour sonder et étudier la microrhéologie de systèmes confinés, tels que les films de tensioactifs, les émulsions, les couches de lubrification et les suspensions denses épaississantes par cisaillement. Certains fluides et systèmes complexes peuvent être envisagés (polymères colloïdaux, rhéologie interfaciale, rhéologie intraparticulaire, etc.) En incluant les MR dans la phase continue, cette étude permettra de sonder les changements de microviscosité dus au confinement. - L'utilisation des MRs dans des systèmes dynamiques est alors envisagée, comme la mesure de la microviscosité à la surface de gouttelettes lors de réactions de polymérisation. La variation de la microviscosité superficielle sera modélisée. - L'utilisation des MRs pour la mesure de la microviscosité dans d'autres domaines d'intérêt potentiels peut être envisagée dans le futur.

In recent years, the demand for exploring dynamic response properties at very small length scales has increased dramatically. The microrheology of complex fluids describes how materials store and dissipate mechanical energy as a function of length scale. It deals with local properties in heterogeneous samples that are inaccessible to conventional rheological measurements, in materials ranging from synthetic polymers to gels and biofilms, as well as a wide range of processes, such as reactive media, drying and filtering. In particular, the study of the microrheology of complex fluids during mixing processes at both macro- and micro-scales still presents technical and scientific challenges that need to be addressed. Molecular rotors (MRs) are proposed to overcome the challenges. MRs derive their mechanochemical sensitivity from the Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT) principle. On photoexcitation, the MR undergoes an intramolecular rotation; this alters its electronic configuration and allows non-radiative decay of the excited state. The accessibility of this pathway depends on the rate at which the intramolecular rotation can occur, which is sensitive to the viscosity of the surrounding media. The fluorescence quantum efficiency and lifetime of the MR depends on the viscosity of its local environment. Thus, MRs can be used to image microviscosity in complex environments. The objectives of the thesis are: - In the beginning: The synthesis and use of MRs in solution to study the microviscosity of complex fluids during micromixing. By fabricating different passive micromixers allowing the direct observation, the model between fluorescent lifetime of MRs and microviscosity will be established. - For confined system: The use of MRs in solution to probe and study the microrheology of confined systems, such as surfactant films, emulsions, lubrication layers and dense shear-thickening suspensions. Some complex fluids and systems can be envisaged (colloidal polymers, interfacial rheology, intraparticle rheology, etc.) By including MRs in the continuous phase, this study will probe changes of microviscosity due to confinement. - The use of MRs in dynamic systems is then envisaged, such as the measurement of microviscosity at the surface of droplets during polymerization reactions. The variation of superficial microviscosity will be modelized. - The use of MRs for microviscosity measurement in other potential domains of interest can be envisaged in the future.