AUTO-STRUCTURATION DE PARTICULES MAGNETIQUES DANS UN CRISTAL LIQUIDE NEMATIQUE : VERS UN NOUVEAU TYPE DE COMPOSITE ADAPTATIF
Résumé
This work is relative to the self-structuring of magnetic particles in a nematic liquid crystal (NLC) matrix. The elaboration of new materials, combining magnetic properties and particles structuring, is part of the full expansion field of the research of adaptive materials. P. Poulin, the first, reported on new colloidal interactions induced by the elasticity of a nematic suspending fluid. To obtain a controlled structuring of micronic particles by the nematic matrix, an accurate control of the anchorage of the NLC molecules on the iron particles surface is necessary. Thus, after a thorough characterization of the state of the iron surface, various treatments, which ensure a homeotropic anchoring of the nematogens in contact with that surface, have been realized on plates used as model system. Two approaches have been explored: the first consists in modifying the iron surface state, the other one, much more promising, consists in modifying the surface by deposition of amphiphilic molecules. These treatments, successfully transposed to the iron particles, allow us to obtain strong homeotropic anchorage. This is absolutely necessary to create the topological defects inducing the self-alignment of the particles. The magnetic response of the iron particles under external field, observed by optical microscopy, allows us to calculate precisely, thanks to a finite elements method of magnetic force calculation, both the repulsive and the attractive contributions to the force. Then the complete profile of this force, due to the distortions of the NLC around the particles, for the first time, is built.
Ce travail de thèse concerne l'auto-structuration de particules magnétiques dans une matrice cristal liquide nématique (CLN). Par l'élaboration de matériaux nouveaux combinant propriétés magnétiques et structurations des particules, cette étude s'inscrit dans le domaine, en plein essor, de la recherche de matériaux adaptatifs. P. Poulin, le premier, a mis en évidence de nouvelles interactions colloïdales induites par l'élasticité d'un fluide nématique suspendant. L'obtention d'une structuration contrôlée des particules microniques via la matrice nématique passe par un contrôle précis de l'ancrage des molécules de CLN sur la surface des particules de fer. Ainsi, après une caractérisation approfondie de l'état de surface du fer, de nombreux traitements capable d'engendrer un ancrage homéotrope des nématogènes en contact avec la surface ont été réalisés sur des plaques servant de système modèle. Deux approches ont été explorées, l'une consiste en une modification de l'état de surface du fer, l'autre, beaucoup plus prometteuse, consiste en une modification de la surface par dépôt de molécules amphiphiles. Ces traitements transposées aux particules de fer avec succès, ont permis d'obtenir l'ancrage homéotrope fort indispensable à l'obtention des défauts topologiques induisant l'auto-alignement des particules. La réponse magnétique des particules de fer soumises à un champ, observée en microscopie optique, a permis de calculer précisément, grâce à un logiciel de calcul de force magnétique par éléments finis, les contributions attractives et répulsives de la force induite par les distorsions du CLN entre les particules et ainsi, de construire le profil complet de cette force.