Membranes à nanopores hautement ordonnés formées par auto-organisation de copolymères à blocs hybrides organiques-inorganiques

Highly ordered nanoporous membranes formed by self-assembled hybrid organic–inorganic block copolymer templates

• Auteur / Autrice : Maximilien Coronas
• Direction : Julien Cambedouzou
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IEM - Institut Européen des Membranes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IP2 - Interface, Physicochimie, Polymères IP2

Mots clés

Mots clés libres

Copolymères à bloc

Auto-organisation

Nanopores

Matériaux hybrides

Membranes

Membranes

Self-assembly

Nanopores

Block copolymers

Hybrid materials

Résumé

Les membranes à nano-canaux et distribution homogène de taille de pores permettent une séparation poussée en purification de l'eau et en épuration biopharmaceutique, ainsi que des applications en nanoélectronique. Parmi les technologies utilisées pour réaliser des membranes isoporeuses, les copolymères à blocs (CPB) représentent une plateforme pour développer une nouvelle génération de membranes à hautes performances grâce à leurs propriétés d'auto-organisation. Cependant, les membranes polymères sont sujettes à des limitations telles que le colmatage, la dégradation et la casse qui limite leur durée d'utilisation. L'élaboration de membranes hybrides organiques-inorganiques est considérée comme une stratégie prometteuse pour résoudre ces problèmes, parce que la partie inorganique apporte des propriétés exclusives permettant de surmonter les problèmes de colmatage tout en préservant les propriétés mécaniques des membranes. Nous proposons d'utiliser un copolymère à blocs amphiphile dont les propriétés d'auto-association sont parfaitement maîtrisées dans notre groupe afin de mouler des précurseurs d'alkoxydes métalliques et obtenir des membranes hybrides organiques-inorganiques. Ces membranes seront caractérisées en détail, en utilisant en particulier la diffusion des rayons x aux petits angles, la microscopie électronique, et l'AFM, et leur performance sera évaluée pour la filitration et leurs propriétés anti-colmatage.

Membranes with nanochannels and uniform pore-size distribution enable precise separation for water purification, biopharmaceutical depuration, and electronics-processing applications. Among various alternative technologies for making isoporous membrane, block copolymers (BCPs) stand out as a platform for developing the next-generation of high-performance materials thanks to their self-organisation properties. However, polymeric membranes are subject to practical challenges such as fouling, degradation, and material failure that limit their use over time. The construction of organic–inorganic membranes is envisioned as a promising strategy to solve the issues mentioned above because the inorganic material can provide exclusive properties to overcome fouling problems while maintaining the stability and rigidity of the membranes. We propose to use an amphiphilic block copolymer, whose self-assembly properties are mastered in our group, to template metal alkoxide precursors and obtain hybrid organic-inorganic membranes. These membranes will be fully characterized, in particular using small-angle x-ray scattering, electron microscopy, and AFM, and their performance for filtration and anti-fooling properties will be evaluated.