Polymères et composites nanostructurés multiéchelle

Les activités sur les polymères et composites nanostructurés portent sur la fabrication et la compréhension des propriétés de matériaux à base de polymères présentant une nanostructuration. En particulier, les relations structure/propriétés de ces matériaux sont étudiées, notamment  au moyen de techniques de spectroscopie et de microscopie. La compréhension des phénomènes à l’échelle nanométrique permet un contrôle des propriétés optiques, thermo-mécaniques, électroniques et catalytiques de ces matériaux ; propriétés qui sont ensuite exploitées pour le développement de dispositifs répondants aux défis de la société, en particulier dans les domaines de la santé, de l’environnement et de l’énergie.

Mot-clés : membranes polymères, nanostructuration, films nanocomposites, physico-chimie sous irradiation, matériaux fonctionnels

Enjeux :
- membranes polymères
- incorporation d’une phase inorganique (nanofils, nanoparticules, MOF)
- projets passés et en cours

Polymères et composites nanostructurés multi-échelle

La spécificité de l’élaboration de ces matériaux est que la nanostructuration est basée sur les irradiations. Deux types d’accélérateurs sont utilisés pour façonner ces nouveaux matériaux : les accélérateurs d’ions lourds (GANIL) qui vont mener à une nanostructuration orientée et localisée dans le matériau  et les accélérateurs d’électrons (SIRIUS) qui vont pouvoir interagir avec le milieu pour ré-injecter des défauts d’intérêt et/ou activer des réactions physico-chimiques in situ (radiolyse, électrochimie). L’intérêt de ce façonnage par irradiation est de limiter l’utilisation des réactifs réactionnels chimiques et de travailler principalement en milieu aqueux en développant des protocoles de chimie verte.

Exploitant ces méthodes radiatives de façonnage des solides, les activités sur les polymères et leur composites nanostructurés au sein du groupe PCnano du LSI portent non seulement sur la fabrication mais aussi sur la compréhension des propriétés de ces matériaux présentant une dimension nanométrique orientée dans l’espace (matériaux anisotropes) et/ou incluant des nano-objets (nanofils, nanoparticules, nanocristaux). En particulier, les relations structure/propriétés de ces matériaux sont étudiées, notamment  au moyen de techniques de mesures de transport (MagnétoRésistance, Piezoelectricité, Thermie, Conduction ionique), spectroscopies (UV-vis, FTIR, Fluorimétrie, RMN, XPS), et de microscopies (SEM, TEM, AFM).

La compréhension des phénomènes de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique permet un contrôle des propriétés optiques, mécaniques, électroniques et catalytiques de ces matériaux ; propriétés qui sont ensuite exploitées pour le développement de dispositifs répondants aux défis de la société, en particulier dans les domaines de la santé, de l’environnement et de l’énergie.

Des dispositifs spécifiques, élaborés par cette équipe, ont été développés :
- dispositif CAPTÔT: détection d’ions métalliques dans les milieux liquides

- montage piézo-électrique: quantification de l’effet piézo-électrique dans les films polymères et composites

(Haut) photo du dispositif piezoélectrique actuel ; (bas) signaux obtenus de la puissance électrique générée par la flexion d’une seule membrane (qui peut être nanostructurée et/ou composite voir M. Sigallon et al 2025) ; à gauche, système limité à 1MW, à droite, derniers développements pour un système non limité en résistance de charge (publication en cours).

Enjeux (projets actuels):

• trouver des outils de diagnostic pour l’environnement (Qualité des eaux -projet CAPTÔT en collaboration avec CEA Tech-) et pour la santé (Détection de biomolécules dont virus – projet financé par le CEA-)
• développer des systèmes de récupération d’énergies vibrationnelles portables (Systèmes piezoélectriques – Labex NanoVIBES / E4C de l’Ecole Polytechnique)
• travailler sur l’amélioration des revêtements pour les cellules photovoltaïques dans l’espace (Projet EU JUMP INTO SPACE) ou pour assurer une furtivité des équipements militaires (Projet CIEDS DGA/Ecole Polytechnique)

Mot-clés : track-etched membranes, nanostructuration, films nanocomposites, physico-chimie sous irradiation, matériaux fonctionnels
 

Publications choisies :

1- F. Aubrit, M. Sigallon, O. Oral, K. Medjoubi, M.-C. Clochard“In Situ Growth of Vertically Aligned Gold Nanoparticles within Functionalized Polyvinylidene Fluoride Nanochannels for Optical Property Tuning” 2026, ACS Omega, 11, 42297-42311

2- M. C. Sigallon, A. Baillard, V. Consonni, F. Aubrit, N. Potrzebowska, R. Grasset, M. Tabellout, N. Gogneau, E. Sarrety, J.-E. Wegrowe, and M.-C. Clochard « Flexible piezoelectric energy harvester made of vertically-aligned ZnO nanowires hydrothermally-grown by template-assisted synthesis in poled PVDF” 2025, Nano Trends, 10, 100112 (1-14)
 

Contacts:

Florian Aubrit, Marie-Claude Clochard et Jean-Eric Wegrowe