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Accueil du site > Reserve Emploi / Thèse / Stages > Thèses 2007-2010 au CRPP : sujets proposés

Dispersions de nanotubes de carbone : stabilité, propriétés rhéologiques, systèmes mixtes

Directrice de thèse : Cécile Zakri

Collaboration avec ARKEMA

La dispersion des nanotubes de carbone est une étape essentielle pour leur utilisation dans de nombreuses situations : conception de composites, de peintures, de fibres, caractérisation, fonctionnalisation en voie solvant. Plusieurs voies existent pour disperser des nanotubes dans des solvants aqueux ou organiques par des méthodes de fonctionnalisations covalentes ou par adsorption d’agents amphiphiles. La dispersion implique l’apport d’énergie mécanique, le plus souvent par des ultrasons, suite à la synthèse et la purification des nanotubes. L’optimisation, la stabilisation, la caractérisation des dispersions de nanotubes et leur impact sur les propriétés de formulations sont des questions particulièrement riches à la base de la thèse ici proposée. Il est notamment prévu d’étudier les aspects suivants :

1/ Stabilité de nanotubes modifiés : Arkema développe des technologies de dispersion de nanotubes en solvant aqueux. Ces technologies passent par des fonctionnalisations covalentes des nanotubes avec le greffage d’espèce hydrophiles. Il est prévu d’étudier la stabilité colloïdale des nanotubes modifiés d’Arkema : diagrammes de phases, caractérisation des tubes par diffusion de lumière, propriétés rhéologiques des dispersions. Il sera notamment important de déterminer la nature des interactions entre les nanotubes résultant du greffage d’espèces hydrophiles. Une attention particulière sera accordée aux diagrammes de phases en régime concentré. En effet il se pose dans ce cas des questions fondamentales importantes liées à la percolation et à sa compétition avec d’éventuelles transitions de phase isotrope/nématique.

2/ Impact des nanotubes sur les propriétés de formulations aqueuses : 2-a Nanotubes-Emulsions Les nanotubes sont utilisés comme additifs dans diverses formulations dont des émulsions et des dispersions de latex. L’ajout de nanotubes n’est pas sans conséquences sur les propriétés des formulations. En effet, ils peuvent modifier la stabilité des émulsions, en s’adsorbant aux interfaces, créer des phénomènes de déplétion ou pénétrer dans la phase huile de l’émulsion. L’ensemble de ces phénomènes peut contribuer à la stabilisation ou à la déstabilisation de la formulation. Il sera donc nécessaire de les étudier pour pouvoir les maîtriser lors de futures applications. Sur un plan plus général, ces études rejoignent les thématiques des émulsions de Pickering, de l’agencement de bâtonnets sur une sphère et des systèmes mixtes sphères-bâtonnets.

2-b Modifications de propriétés rhéologiques Les propriétés rhéologiques de nombreuses formulations sont modulées par l’ajout de polymères organiques ou de particules inorganiques. Arkema envisage d’explorer la possibilité d’utiliser les nanotubes de carbone comme nouvel additif dans ce domaine ; leur stabilité thermique, mécanique et chimique constituant des atouts par rapport aux additifs actuels. Afin d’explorer ce concept, il est nécessaire d’étudier l’impact des nanotubes sur les propriétés rhéologiques de diverses dispersions. Les dispersions simples ont été étudiées par de nombreux groupes et sont relativement bien décrites. En revanche, les propriétés rhéologiques de systèmes mixtes incluant des polymères et des nanotubes en solutions ne sont pas encore connues et feront l’objet de recherches dans le cadre de la thèse.

Post-scriptum :

Financement : CIFRE