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Accueil du site > Recherche > Projets > Thème Fluides & Matériaux Complexes > Self-assembling of colloidal particles under electric field

Self-assembling of colloidal particles under electric field

- Leader : Persello Jacques

- Collaborators within the LPMC : Bossis Georges, Kuzhir Pavel, Meunier Alain

- External Collaborators : Chane Ching J. Y. (CIRIMAT, Toulouse), Cabane B. (ESPCI/LPMM, Paris)

- PhD students/Post-doctoral fellows : Alves-Marins Jessica

- Technological platforms : Center for Micro & Nanorheometry

- Description :

L’utilisation d’un champ électrique externe pour structurer une suspension colloïdale, est une technique émergente très prometteuse pour le contrôle de l’assemblage de particules fonctionnelles de taille submicronique et l’élaboration de nouveaux matériaux structurés sur des échelles nanométriques.

Dans une suspension colloïdale, l’absence d’interactions significatives, conduit à une transition de phase de type ordre-désordre sphère dure classique. Si les interactions entre particules sont fortement attractives, on observe une agrégation irréversible qui forme un réseau hiérarchique fractal. Dans le cas où les interactions entre particules sont fortement répulsives, on observe une cristallisation des particules avec une symétrie dépendant essentiellement des portées des forces de répulsion.

L’utilisation d’un champ électrique extérieure, permet de moduler de façon très fine les interactions répulsives et attractives et de contrôler ainsi l’assemblage des particules pour former des structures organisées irréversibles ou réversibles. En particulier, il est possible de former des réseaux de chaines de particules très ordonnés sur de grandes distances et sur des temps très courts, contrairement aux techniques classiques qui sont régis par des cinétiques de cristallisation très lentes. Ces transitions microstructurales trouvent leurs applications dans de nombreux domaines tels que les surfaces photo-actives, la photonique (cristaux colloïdaux), les capteurs biologiques ou électroniques, les afficheurs, les cellules photovoltaïques et dans les matériaux adaptatifs tels que les fluides électrorhéologiques.

Dans notre cas, nous utilisons des champs électriques alternatifs. Ces derniers offrent plusieurs avantages par rapport aux champs continus, en particulier un spectre plus large de paramètres physico-chimiques des particules et du solvant, d’amplitude et de fréquence du champ électrique. De plus, les effets indésirables qui ont lieu dans un champ électrique continu, tel que l’électrolyse au voisinage des électrodes, sont supprimés. Ils donnent accès à des amplitudes de champ plus élevés, ce qui permet de manipuler des tailles de particules plus faibles (domaine nanométrique). L’organisation des particules diélectriques peut être contrôlée (manipulée) en ajustant la fréquence du champ électrique alternatif. Sous l’effet d’un champ électrique de fréquence les particules colloïdales sont polarisées. Le signe et l’intensité du moment dipolaire induit crée, dépend de la polarisabilité effective des particules et sont donnés par la partie réelle de la fonction de Clausius-Mossotti.

Malgré la nombreuse littérature sur cette thématique, les phénomènes de polarisation et d’interaction entre particules colloïdales sous champ électrique alternatif ne sont pas, à l’heure actuelle bien connus. Une meilleure connaissance des mécanismes de polarisation sous champ électrique alternatif permettrait une meilleur prédiction des conditions d’assemblage d’une gamme très large de particules et de milieux de dispersion et de mieux appréhender les effets des tailles, de la forme, des propriétés diélectriques des particules ainsi que des propriétés des solutions. Les études sont centrées sur la synthèse de particules diélectriques de type oxyde dopées par des molécules organiques ou des métaux et des chalcogénures métalliques, leurs dispersions dans un solvant ou un polymère, et leurs caractérisations structurale et rhéologique sous champ électrique.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Magnétorhéologie - Nanomatériaux