Couches minces nanoporeuses comme plateforme pour applications nanofluidiques

Axe 2 - Matériaux multifonctionnels et environnement

Thèse de Davide CERATTI

Thèse soutenue le 30 septembre 2015
UPMC
75005 Paris

Cotutelle

• Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris
• Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes interfaciaux

Résumé

Ces travaux de thèse ont eu deux objectifs: i) le développent de systèmes nanofluidique en utilisant une méthode non-lithographique, peu chère et facilement transposable à l'échelle industrielle ii) la compréhension des phénomènes nanofluidiques au travers des études expérimentales et de modélisation. Des couches minces mesoporeuses, en particulier des structures planaires avec des nanopiliers, ont été utilisé pour des études sur l'infiltration capillaire des liquides dans espaces confiné au niveau nanométrique. En plus des premiers tests pour des applications plus complexes comme des séparations et réactions nanoconfiné. Des structures mesoporeuses non-organisés ont aussi été étudiées pour déterminer la relation entre la nanostructure et la vitesse de remplissage capillaire. A été aussi démontré que pour des porosités avec des forts rétrécissements le remplissage capillaire se produit par l'intermédiaire d'une phase vapeur. Les échantillons ont été préparés par dip-coating. Une méthode de préparation basé sur une substitution de la plus grande parte de la solution à déposer par un fluide inerte a été développé. La méthode permet de réduire fortement le cout de procédé et, par conséquence, de faire des dépôts sur plus grande surface. Un effort dans la modélisation des phénomènes nanofluidiques a aussi été fait pendant cette thèse. Une méthode de simulation qui permet de décrire adéquatement les interactions hydrodynamiques dans un système nano a été utilisée pour simuler un flux électro-osmotique. La méthode, Stochastic Rotational Dynamics, a été valide par confrontation avec des résultats connus et l'influence des certains paramètres de simulation évaluée dans le détail.

Publications

• Marco Faustini, Davide R. Ceratti, Benjamin Louis, Mickael Boudot, Pierre-Antoine Albouy et al. 
  Engineering Functionality Gradients by Dip Coating Process in Acceleration Mode
  ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2014, 6 (19), pp.17102-17110.
  DOI : 10.1021/am504770x
  Ref HAl : hal-01289937v1
• Mickael Boudot, Davide R. Ceratti, Marco Faustini, Cédric Boissière, David Grosso.
  Alcohol-Assisted Water Condensation and Stabilization into Hydrophobic Mesoporosity
  Journal of Physical Chemistry C, American Chemical Society, 2014, 118 (41), pp.23907-23917.
  DOI : 10.1021/jp508372d
  Ref HAL : hal-01289941v1
• Olivier Dalstein, Davide R. Ceratti, Cédric Boissière, David Grosso, Andrea Cattoni et al. 
  Nanoimprinted, Submicrometric, MOF-Based 2D Photonic Structures: Toward Easy Selective Vapors Sensing by a Smartphone Camera
  Advanced Functional Materials, Wiley, 2016, 26 (1), pp.80.
  DOI : 10.1002/adfm.201670006
  Ref HAL : hal-01253850v1    
• Davide. R. Ceratti, Benjamin Louis, Xavier Paquez, Marco Faustini, David Grosso.
  A New Dip Coating Method to Obtain Large-Surface Coatings with a Minimum of Solution
  Advanced Materials, Wiley-VCH Verlag, 2015, 27 (34), pp.4958+
  DOI : 10.1002/adma.201502518
  Ref HAL : hal-01291239v1
• Davide R. Ceratti, Amaël Obliger, Marie Jardat, Benjamin Rotenberg, Vincent Dahirel.
  Stochastic Rotation Dynamics simulation of electro-osmosis
  Molecular Physics, Taylor & Francis, 2015, pp.1-11.
  DOI : 10.1080/00268976.2015.1037370
  Ref HAL : hal-01212122v1
• Davide R. Ceratti, Marco Faustini, C. Sinturel, M. Vayer, V. Dahirel et al. 
  Critical effect of pore characteristics on capillary infiltration in mesoporous films
  Nanoscale, Royal Society of Chemistry, 2015, 7 (12), pp.5371-5382.
  DOI : 10.1039/c4nr03021d
  Ref HAL : hal-01281725v1