Kinetic concentration of colloidal solutions by microfluidic evaporation: from dilute solution to colloidal crystals
Cinétiques de concentration de suspensions colloïdales par évaporation microfluidique : de la solution diluée aux cristaux colloïdaux
Résumé
This work is devoted to studying processes of colloidal solutions concentration by microfluidic way to shape dense and organized states. Using a tool based on the water permeation through the PDMS: the microevaporator, we propose to control drying of solution for controlling solute concentration to form dense states as one chooses, alternating crystals and amorphous states of colloids. By adapting microevaporation tool at different observation techniques, nucleation and growth are particularly studied and correlated to a simple microevaporation model. This experimental work demonstrates the good control on kinetics of chemical species concentration offered by microevaporation, in order to shape dense states of particles. Further studies also reveal existence of a dynamic construction of colloidal crystal with some reorganization in the front growth and a compaction effect of the dense state during the growth.
Cette thèse est consacrée à l'étude de processus de concentration de solutions colloïdales par voie microfluidique, pour former des matériaux denses et structurés. A partir d'un outil basé sur la perméation de l'eau à travers le PDMS : le microévaporateur, nous proposons de contrôler le séchage de solution pour maîtriser la concentration de solutés afin de former des états denses organisés au choix, alternant cristaux et états amorphes de colloïdes. En adaptant les outils de microévaporation à différentes techniques d'observations, la nucléation et la croissance d'états denses ont été finement étudiées et correlées à un modèle simple de la microévaporation. Ces études expérimentales ont montré le contrôle précis qu'apporte le microévaporateur sur les cinétiques de concentration d'espèces chimiques pour la formation d'états denses de particules. Des études complémentaires ont aussi mis en évidence l'existence d'une dynamique de construction de cristaux colloïdaux avec des réorganisations au niveau du front ainsi qu'un effet de compaction présents lors de la croissance de l'état dense.
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