Projet ANR-15-CE09-0010 – ENLARgER : Dilater le système atomique conventionnel à l'échelle colloïdale grâce à des particules préprogrammées pour une valence donnée
Programme : Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur (DS0305) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Etienne Duguet (Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 449114.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 42 mois
Résumé : ENLARgER a pour objectifs le design, la fabrication et l’assemblage de particules submicroniques dont une partie de la surface est régiosélectivement modifiée (patch) et/ou présente des discontinuités topologiques (fossettes) leur conférant la capacité d’interagir avec un nombre limité d’autres particules et ce dans des directions privilégiées. Il s’agit ainsi de reproduire à l’échelle de particules submicroniques la notion de valence bien connue au niveau des atomes et à l’origine de la diversité de toutes les molécules, macromolécules et autres édifices covalents. Ces particules sont appelées des « atomes colloïdaux » (CAs) et seront obtenues par modification chimique de colloïdes de silice porteurs de nodules de polystyrène (PS) dont le nombre (1, 2, 3 ou 4) correspondra à la valence du CA. Les patchs (ou le fond des fossettes) seront ainsi faits de macromolécules greffées de PS.
La création de « liaisons covalentes » au sein d’agrégats de CAs sera générée par des processus d’assemblage contrôlés par des interactions hydrophobes (directes entre macromolécules de PS), des liaisons chimiques (après modification chimique des chaînes de PS) ou des forces de déplétion (interaction particules sphériques/fossettes). Il s’agira alors de reproduire à l’échelle colloïdale des molécules, macromolécules et des cristaux covalents 2-D et 3-D, respectivement sous la forme d’agrégats discrets ou d’assemblages étendus dans 1, 2 ou 3 dimensions. Nous viserons en particulier la fabrication à partir de CAs de « molécules colloïdales » imitant la molécule H2O (faite d’un CA tétravalent combiné à deux CAs monovalents) ou une molécule chirale (faite d’un CA tétravalent associé à 4 quatre CAs monovalents de natures chimiques ou de tailles différentes), et de « cristaux colloïdaux » imitant des feuillets de graphène (à base de CAs trivalents) et des cristaux de structure diamant (à base de CAs tétravalents).
L’étude des mécanismes d’assemblage et la caractérisation des structures colloïdales obtenues nécessiteront l’utilisation de techniques avancées telles que la DLS (Dynamic Light Scattering), l’USAXS (Ultra-Small-Angle X-ray Scattering), la diffusion de neutrons, la microscopie électronique en transmission (y compris en phase liquide) et la tomographie électronique.
Enfin, les techniques Monte Carlo et des équations intégrales permettront de simuler les spectres de diffusion et de prédire le design optimal des CAs (rapport du diamètre patch/CA, polydispersité en taille et/ou en valence des CAs, proportions relatives, etc.) pour atteindre les assemblages ciblés.
Pour atteindre ces objectifs, un consortium de 3 partenaires avec des compétences complémentaires sera mobilisé : des chimistes des colloïdes (Partenaire 1), des physico-chimistes (Partenaire 2) et des physiciens (Partenaire 3). Le Partenaire 1 prendra en charge la synthèse et la caractérisation des CAs alors que les Partenaires 1, 2 et 3 s'associeront sur la problématique de leur assemblage et la comparaison des résultats avec ceux des simulations numériques menées par le Partenaire 3. La demande de subvention à l'ANR permettra de financer une bourse pour un doctorant, des gratifications pour deux étudiants de master, et deux financements d'une année de post-docs pour des candidats aux compétences complémentaires.