Thèse de doctorat (H/F) en chimie des matériaux

Sujet de thèse :
Contexte :
La nacre – un arrangement de plaquettes d’aragonite avec une matrice organique dans une structure dite « en briques et mortier » – est l’un des nombreux composites texturés naturellement dont l’organisation induit des propriétés optiques (iridescence) et mécaniques (mécanismes de renforcement) extraordinaires. Cela a suscité l’intérêt des scientifiques pour la formation de composites biomimétiques, également appelés nacres artificielles. Par exemple, des plaquettes d’alumine (Al₂O₃) et du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ont été organisés par congélation-coulée, suivie d’un frittage et d’une infiltration de polymère. Cette approche en plusieurs étapes peut entraîner une infiltration incomplète du polymère et donc des défauts critiques dans la structure. Plusieurs exemples de films minces existent, mais la méthode n’est pas facilement extensible à un matériau en vrac. Pour former un matériau « en vrac » de type nacre, la fabrication additive (FA, également appelée impression 3D) semble la plus prometteuse, car le cisaillement induit pendant l’impression peut orienter les particules tout en formant le matériau. Cependant, jusqu’à présent, la recherche est limitée par le nombre restreint de « briques » disponibles, la plupart des travaux se concentrant sur des particules anisotropes naturelles (argiles, aragonite) ou des particules dont les morphologies peuvent être directement héritées de leur structure cristalline interne (alumine). De plus, des travaux sur la FA sont encore nécessaires pour ajuster finement le rapport briques/mortier au sein du matériau.

Objectif :
À l’ICGM, nous avons développé une approche pour concevoir des particules de silice ou de zircone anisotropes, en utilisant des agents de templating pour contrôler leur morphologie. De plus, par une modification soigneuse de la surface des particules, nous pouvons ajouter une coque polymère autour de ces cœurs anisotropes inorganiques via une polymérisation radicalaire, afin de former des particules cœur-coquille bien définies, inorganiques-organiques, qui peuvent être utilisées pour former des nacres artificielles. L’objectif de cette thèse est d’ajuster et d’optimiser la synthèse du cœur inorganique et de la coquille organique, et d’explorer l’utilisation de ces particules pour former des matériaux texturés, c’est-à-dire des nacres artificielles, via la fabrication additive.

Programme de travail :
Le projet de thèse se concentre sur les trois axes suivants :

Synthèse des particules cœur-coquille :
Le cœur anisotrope, composé de silice ou de zircone, est préparé par chimie sol-gel ou décomposition thermique en présence d’un agent de templating. Si la synthèse de la silice est désormais bien établie (plaquettes, bâtonnets courts/longs, voire donuts), pour la zircone, nous avons réussi à obtenir des particules en forme d’aiguilles ou de feuilles. La coquille organique est obtenue par polymérisation rad
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