L'auto-organisation des composants moléculaires en nanostructures hiérarchisées est un élément essentiel pour le développement de nouveaux matériaux dans les nanotechnologies émergentes et les plastiques durables. Brigitte Lamers a étudié l'interaction complexe entre les forces motrices moléculaires pour l'assemblage en vrac afin de trouver des relations structure-propriété dans la zone qui fusionne les copolymères séquencés et les cristaux liquides. Elle a soutenu son doctorat. le 23 juin.

La fonction et les propriétés macroscopiques de la plupart des matériaux qui nous entourent sont fortement liées à sa micro- ou nanostructure qui est formée par des interactions favorables ou défavorables entre les molécules qui le composent. Les exemples sont les plastiques, composé de polymères dans lesquels le tassement entre les brins de polymère est déterminé par l'interaction entre les brins qui globalement, détermine les propriétés macroscopiques des matériaux.

Les polymères peuvent également être utilisés dans de nouvelles nanotechnologies dans lesquelles la lithographie descendante et l'assemblage ascendant sont combinés pour obtenir des motifs en lignes ou en pointillés hautement organisés qui peuvent être utilisés pour le développement de puces électroniques. Ici, les interactions qui régissent l'auto-assemblage des copolymères à blocs déterminent la morphologie nanostructurée finale.

D'où, une compréhension de la relation entre la structure moléculaire, la nanostructure et les propriétés macroscopiques sont primordiales pour créer de nouveaux matériaux pour un avenir durable dans lequel nous pouvons stocker la quantité de données produites de nos jours et garder nos océans propres avec de nouveaux plastiques facilement recyclables.

Effets de dispersion

Afin de comprendre les relations structure-propriété, il est essentiel d'utiliser des molécules discrètes pour exclure les effets de dispersité, connu dans les polymères. Ces effets de dispersité entravent la formation d'une nanostructure hautement ordonnée par les copolymères à blocs et provoquent une insécurité pour déterminer d'où viennent les propriétés du matériau car chaque brin de polymère a sa propre propriété macroscopique. Par conséquent, Brigitte Lamers a utilisé des co-oligomères en blocs discrets pour étudier leur auto-assemblage en nanostructures hiérarchisées.

Lamers a étudié les relations structure-propriété de co-oligomères à blocs discrets dont l'un des deux blocs est composé d'oligodiméthylsiloxane de longueur discrète. Le siloxane est hautement incompatible avec de nombreux autres oligomères ou molécules que nous attachons à l'oligomère. L'interaction défavorable provoque une ségrégation de phases que nous exploitons pour l'auto-assemblage confiné des co-oligomères en blocs.

Dans l'état de séparation de phases, la molécule ou l'oligomère lié de manière covalente au siloxane peut s'assembler en nanostructures unidimensionnelles (1D) ou bidimensionnelles (2D) par non covalente, interactions supramoléculaires ou cristallisation, respectivement. L'assemblage confiné donne des nanostructures hautement organisées avec des limites extrêmement nettes entre les phases, important pour la lithographie. De plus, les transitions de phase sont extrêmement nettes, ce qui permet le développement de capteurs thermosensibles.

Propriétés macroscopiques

En revanche, la cristallisation ou l'auto-assemblage de la molécule attachée au siloxane peut également entrer en compétition avec la ségrégation de phases induite par le siloxane. Ceci provoque des défauts de morphologie nanostructurée qui peuvent provenir d'un déséquilibre des cinétiques de diffusion et de cristallisation ou d'une déstabilisation de la structure cristalline 3D.

La sélection de la voie dans cette interaction complexe d'interactions est très sensible et peut être altérée par de petites variations dans la structure moléculaire. Lamers a découvert que de tels changements peuvent introduire un changement macroscopique des propriétés du matériau. Elle a également modifié l'architecture des co-oligomères en blocs, ce qui a donné des différences frappantes dans l'ordre nanostructural. Bien que les deux matériaux soient composés des mêmes composants, elle a obtenu un cassant, matériau cristallin et un plastique ductile.

De plus, elle a montré que la connectivité des blocs d'extrémité dans un matériau multi-composants est importante pour l'ordre dans le co-assemblage. Les interactions directionnelles dans l'assemblage à plusieurs composants provoquent la formation de la nanostructure ordonnée qui a rendu le matériau utile pour la nano-électronique douce. Ces exemples soulignent l'influence de la structure moléculaire et de la nanostructure sur les propriétés des matériaux.

Finalement, elle a utilisé les connaissances acquises sur les interactions supramoléculaires dans des matériaux discrets à base de siloxane pour obtenir des plastiques recyclables à base de polydiméthylsiloxane dans lesquels nous avons modifié la force d'interaction du motif supramoléculaire pour obtenir trois plastiques distincts ayant une fragilité, propriétés élastiques visqueuses ou thermoplastiques.