Bioinspired photonic cellulose films - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Bioinspired photonic cellulose films

Films de cellulose bioinspirés à propriétés photoniques

Résumé

Cellulose nanocrystals are bio-sourced rod-like nanoparticles showing a remarkable iridescent optical response owing to their ability to self-assemble into cholesteric liquid crystalline phases above a threshold concentration. In the literature, 100% cellulose films and composite materials capable of impressive colour responses have been prepared respectively from aqueous suspensions by controlled drying and/or using organic and inorganic precursors. In this PhD work, we prepare materials from polymerisable cholesteric suspensions with the aim of developing a photonic optical response for arange of composite materials, including flexible and stimulable ones. In that extent, cellulose nanocrystals are compatibilised with organic apolar solvents and monomers using the steric stabilisation of a surfactant. The modification of colloidal interactions in apolar suspensions reduces the cholesteric pitch compared to aqueous suspensions, leading to an optical response at high angles of incidence already in suspension. The optical response in suspension is tuned by the control of the orientation of the cholesteric helices by electric (reorientation and unwinding) and magnetic (alignment) fields before being locked into polymer composites. The retention of the cholesteric assembly of fillers and their field-aligned orientation preserves an iridescent optical response in the composites that is characterised in detail by angular-resolved spectroscopy. In a complementary approach, cellulose and composite films are prepared by drying an organic solvent CNC suspension to yield a slight iridescent optical response in reflection at normal incidence.
Les nanocristaux de cellulose sont des nanoparticules biosourcées anisotropes qui présentent une réponse optique iridescente spectaculaire de par leur capacité à s’auto-assembler en phases cristaux liquides cholestériques au-delà d’une certaine concentration. Dans la littérature, des films 100% cellulose et des composites aux effets de couleurs structuraux parfois impressionnants sont préparés respectivement par séchage contrôlé de suspensions aqueuses et/ou en présence de précurseurs organiques et inorganiques. Ce travail de thèse développe des matériaux fabriqués à partir de suspensions cholestériques polymérisables, avec l’objectif de développer une réponse optique photonique pour une gamme de matériaux, notamment souples et stimulables. Pour cela, lesnanocristaux de cellulose sont dispersés en solvant organique apolaire grâce à la stabilisation stérique d’un tensioactif. La modification des interactions colloïdales en suspension conduit à un pas cholestérique proche du visible, induisant des couleurs structurales aux grands angles d’incidence directement en suspension. Cette réponse optique en suspension est modulée par la manipulation des hélices cholestériques en champ électrique (réorientation et déroulement) et magnétique (alignement)avant d’être figée dans des composites polymères. L’organisation cholestérique et son orientation dans le champ sont conservées dans les composites, conduisant à une réponse optique caractérisée en détail par spectroscopie résolue en angle. Dans une approche complémentaire, des films de cellulose et composite sont préparés par séchage de suspensions en solvant organique et présentent de légers effets de couleur en réflexion en incidence normale.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03484314 , version 1 (17-12-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03484314 , version 1

Citer

Axel Fouques. Bioinspired photonic cellulose films. Polymers. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALV044⟩. ⟨tel-03484314⟩
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