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Accueil > Équipes scientifiques > Biophysique, biophotonique > Microscopies à Sondes Locales (AFM, SECM, modes électriques,…) > Stages, thèses, Post-docs > Interactions d’origine électrostatique entre particules de latex et/ou substrats solides : Etude à l’échelle nanométrique et en milieu liquide

Stage M2 / Thèse

Interactions d’origine électrostatique entre particules de latex et/ou substrats solides : Etude à l’échelle nanométrique et en milieu liquide

par Marliere Christian - 8 décembre 2015 (modifié le 14 décembre 2015)

Présentation du projet :

Le caoutchouc naturel est constitué de particules de latex (NR) en dispersion dans un milieu liquide. Ces NR sont des particules dont le cœur, élément à haute rigidité mécanique, est entouré d’une couche superficielle (CS) : celle-ci, molle mécaniquement et éventuellement poreuse au fluide environnant, est constituée d’un mélange de protéines et phospholipides. Dans les procédés industriels utilisés, ces NR sont souvent mélangés à des « charges » (« fillers » en anglais), matériaux solides de taille sub-micrométrique, afin d’accroître les propriétés mécaniques macroscopiques du matériau réalisé. Les interactions entre « fillers » et NR, dont la compréhension est cruciale pour les applications envisagées, sont principalement pilotées par celles entre la CS des NR et la surface du filler. Ces interactions peuvent ensuite mener au contact entre ces nanoparticules, première étape de la constitution de l’agglomérat particulaire recherché. Les effets électrostatiques entre ces particules colloïdales jouent un rôle de premier plan dans ces interactions, via, en particulier l’existence d’un potentiel de surface dont l’origine est liée à l’existence de relations d’échanges d’électrons ou de protons (ou autres particules chargées électriquement) entre la surface de la particule en suspension et le solvant aqueux environnant.
De récentes études menées au laboratoire ont montré que ces effets électriques permettaient d’immobiliser les NR qu’elle que soit leur taille et d’en réaliser ainsi la cartographie, par Microscopie à Force Atomique (AFM), à l’échelle nanométrique, de leurs propriétés mécaniques et topographiques en milieu aqueux. Par l’étude des forces d’interaction entre la pointe AFM et l’interface NR/solution il a été ainsi mis en évidence pour la première fois des effets dynamiques d’évolution (irréversibles) des propriétés structurales et mécaniques de la CS que nous avons proposé d’expliquer par de faibles variations des propriétés électriques d’interaction suivant la nature de la pointe.
Le but du stage proposé est de poursuivre l’étude à l’échelle nanométrique par AFM des effets d’interaction et/ou d’interpénétration des couches superficielles, en particulier les doubles-couches électriques, entre NR et surfaces modèles mimant les « fillers » suivant l’état de charge électrique des surfaces en regard.

Présentation du stage :

Cette étude se fera sur le banc expérimental couplant microscopie optique inversé, AFM (et modes dérivés) pour sonder l’interface pointe AFM/NR et TIRF (microscopie en Fluorescence en Réflexion Totale Interne) pour sonder celle entre NR et substrat solide. L’accent sera porté sur les modes AFM dits « électriques » afin de réaliser une cartographie nanométrique de charges surfaciques. Plus précisément il s’agira :
-  de s’initier à la microscopie à force atomique (AFM) et modes dérivés (modes électriques).
-  de s’initier à la microscopie TIRF pour caractériser l’interface NR et substrat solide
-  d’analyser par AFM l’hétérogénéité des propriétés structurales, mécaniques et électriques en fonction de la nature des NR (NR « natifs », NR modifiés) et de la solution (nature des ions, pH, force ionique, température, etc.)
-  de simuler les interactions entre NR et « fillers » en modifiant soit la nature du substrat solide sur lequel sont immobilisés les NR, soit celle de la pointe AFM, que ce soit en modifiant leur constitution chimique ou encore l’état de charge électrique de surface en variant, par exemple, les potentiels électriques appliqués sur les différentes électrodes en jeu (substrat, levier AFM, etc.)

Ce stage permettra à l’étudiant(e) d’acquérir des compétences pluridisciplinaires en physique et chimie des surfaces à visée industrielle et en microscopie à champ proche (AFM et modes dérivés).
Le stage sera réalisé sous la conduite de C. Marlière et M.P. Fontaine-Aupart. Ce travail utilisant des composés NR de type de ceux utilisés dans l’industrie, l’étudiant(e) sera amené(e) à échanger avec les ingénieurs des services RD de la société Michelin.

Contact :
Christian Marlière / 01 69 15 75 11 / 06 70 53 21 90 / christian.marliere@u-psud.fr

Voir en ligne : Scanning Probe Microscopy (AFM, SECM, electric modes, …)