Electrospinning des polysaccharides photo-activables : vers des nanomatériaux verts intelligents entraînés par la lumière du soleil - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Electrospinning of Light-Harvesting Polysaccharides : Towards Sunlight-Driven Smart Green Nanomaterials

Electrospinning des polysaccharides photo-activables : vers des nanomatériaux verts intelligents entraînés par la lumière du soleil

Résumé

A polysaccharide-based smart photo-actuator is fabricated via electrospinning of cellulose 4-phenyl azobenzoate (Azo-Cel) from its organic solution in a mixture of high-volatile acetone, a poor solvent of Azo-Cel, and low-volatile N,N-dimethylacetamide (DMAc), a good solvent of Azo-Cel. Stable electrified polymer jets are generated at an ideal polymer concentration (17 wt%) and solvent mixing ratio (acetone/DMAc = 3/2 (v/v)) so that continuous nanofibers can be drawn on a cylinder-shaped rotating drum electrode under a strong electric field (25 kV) and the non-woven fabric can be produced. The Azo-Cel fabric is confirmed to be made up of uniaxially aligned nanofibers via scanning electron microscopy. The water contact angle of the Azo-Cel fabric reversibly decreases and increases in response to alternate irradiation with UV and visible light to geometric deformation of the azobenzene moiety between the trans and cis isomers, resulting in lower and higher surface free energies, respectively. Furthermore, self-standing Azo-Cel fabric shows a photomechanical asymmetric bending deformation toward the light source caused by UV light. Regioselectively functionalized Azo-Cel was synthesized through protection of C6 of AGU by tritylation, then esterifying the C2 and C3 regions, then eventually deprotecting the C6 regions to obtain di-Azo-Cel. Although this method shows no change in WCA of the new product compared to Azo-Cel, the photo-responsive bending is heavily impacted and dampened probably due to a molar decrease of functionalized Azo side groups and the presence of –OH groups that form intramolecular hydrogen bonds.
Un photo-actionneur intelligent à base de polysaccharide est fabriqué par électrofilage de 4-phényl azobenzoate de cellulose (Azo-Cel) à partir de sa solution organique dans un mélange d'acétone hautement volatile, qui est un solvant pauvre d'Azo-Cel, et de N,N-diméthylacétamide (DMAc), peu volatil mais bon solvant d'Azo-Cel. Des jets de polymère électrifiés stables sont générés à une concentration de polymère idéale (17 % en poids) et un rapport de mélange de solvants optimisé (acétone/DMAc = 3/2 (v/v)) afin que des nanofibres continues puissent être dessinées sur une électrode à tambour rotatif en forme de cylindre sous un fort champ électrique (25 kV), et ainsi un textile non-tissé peut être produit. Il est confirmé par microscopie électronique à balayage que le tissu à base d’Azo-Cel est composé de nanofibres uniaxialement alignées. L'angle de contact avec l'eau du tissu à base d’Azo-Cel diminue et augmente, de manière réversible, en réponse à une irradiation alternée avec la lumière UV et visible, comme suite à la déformation géométrique du motif azobenzène entre les isomères trans et cis, entraînant respectivement des énergies libres de surface basses et hautes. De plus, le tissu à base d’Azo-Cel autoportant présente une déformation de flexion asymétrique photomécanique en direction de la source lumineuse UV. De l’Azo-Cel régiosélectivement fonctionnalisée a été synthétisée par protection du C6 d'AGU par tritylation, puis estérification des régions C2 et C3, puis finalement déprotection du carbone C6 pour obtenir du di-Azo-Cel. Bien que cette espèce chimique méthode ne montre aucun changement dans le WCA du nouveau produit par rapport à Azo-Cel, la flexion photosensible est fortement impactée et atténuée, possiblement en raison d'une diminution de masse molaire des groupes latéraux Azo fonctionnalisés, ainsi que de la présence des groupements –OH qui peuvent former des liaisons hydrogène intramoléculaires.diffraction des rayons X (XRD) d'Azo-Cel montre une amélioration de la cristallinité des fragments azobenzène (Azo) par un changement significatif de l'intensité sur le profil XRD qui pourrait représenter des arrangements périodiques du squelette cellulosique ou des pendentifs Azo qui ont remplacé le groupes hydroxyle de l'unité anhydroglucose (AGU). Pour étudier l'effet de la cristallinité dans les tissus sur le comportement de photoactionnement, nous avons recuit les tissus Azo-Cel à certaines températures supérieures à la température de transition vitreuse (Tg) d'Azo-Cel et étudié leur comportement de photoactionnement. Pour une enquête plus approfondie sur les détails de la photoactivation, nous avons cherché à préparer des dérivés de cellulose régiosélectivement fonctionnalisés par l'azo via des stratégies de protection-déprotection régiosélectives.
Fichier principal
Vignette du fichier
AHMADI-NOHADANI_2022_archivage.pdf (6.73 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04076004 , version 1 (20-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04076004 , version 1

Citer

Hamed Ahmadi-Nohadani. Electrospinning des polysaccharides photo-activables : vers des nanomatériaux verts intelligents entraînés par la lumière du soleil. Polymères. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. Français. ⟨NNT : 2022GRALV087⟩. ⟨tel-04076004⟩
54 Consultations
39 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More