Synthèse et valorisation de particules colloïdales de morphologie et de fonctionnalité de surface contrôlées

Abstract

La synthèse de colloïdes dont les propriétés peuvent être ajustées par modification de l'organisation spatiale de leurs constituants permet d'envisager la formation de matériaux uniques et révolutionnaires. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la fabrication de particules hybrides constituées d'un coeur de silice décoré en surface par des latex de polystyrène élaborés in situ par un procédé original de polymérisation en émulsion. Le contrôle du nombre et de la taille des nodules organiques en croissance peut être réalisé via l'ajustement de certains paramètres expérimentaux tels que les caractéristiques physicochimiques de la silice et/ou de la réaction de polymérisation en émulsion. Des colloïdes remarquables par leurs formes (polyèdres réguliers) et par leurs tailles (quelques centaines de nanomètres) ont été obtenus. Nous avons également synthétisé des nanoparticules dissymétriques ou « Janus », en référence au dieu romain à deux visages. Nous avons pour cela développé deux voies de synthèse, basées sur le masquage partiel d'un des hémisphères de particules minérales suivi d'une étape de fonctionnalisation de surface régiosélective. Ainsi, des dimères hybrides silice/polystyrène, où le nodule polymère sert de masque temporaire du coeur minéral, se sont avérés de bons candidats dans la réalisation de particules « Janus ». Nous avons également exploité une interface liquide/liquide (émulsions de Pickering) pour générer ce type d'objets. L'étude des propriétés de ces colloïdes en vue de diverses applications telles que la réalisation de cristaux colloïdaux ou de nanostructures multifonctionnelles complexes a été abordée.

The synthesis of colloids, whose properties can be adjusted by modifying the space arrangement of their components, should allow the conception of unique and revolutionary materials. This manuscript deals with the elaboration of hybrid particles constituted by a silica core, surface decorated by polystyrene latexes generated in situ through an emulsion polymerization process. It was demonstrated that the number and the size of the growing organic nodules could be controlled via the adjustment of the physicochemical surface characteristics of the silica seeds and/or the polymerization parameters. The resulting biphasic colloids were original from the point of view of their shape (regular polyhedral) and their size (a few hundred of nanometers). Dissymmetrical nanoparticles, named "Janus" particles in reference to the Roman God, were also successfully synthesized according to two strategies. The first one was based on the partial masking of one of the seed hemispheres by one polystyrene latex, followed by a regioselective surface modification. The second one took advantage from the silica particle ability to stabilize a liquid/liquid interface (Pickering emulsions) in order to modify regioselectively the surface in contact with one or the other liquid phase. The study of the properties of these colloids was also carried out for various potential applications, such as the preparation of colloidal crystals or complex multifunctional nanostructures.