Relations structure - propriété

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Institut des Sciences Analytiques et Physico-Chimique pour l'Environnement et les Matériaux

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Relations structure - propriétéThème 2

 Animateur: Maud Save  (maud.save @ univ-pau.fr)

 

Ce thème est axé sur la compréhension fondamentale de structures moléculaires et macromoléculaires à différentes échelles, de l'échelle nanométrique à l’échelle macroscopique, afin de maîtriser les relations existantes entre les structures et les propriétés de ces systèmes.

La forte complémentarité des compétences scientifiques de l’IPREM, aussi bien dans les domaines de la synthèse, de la caractérisation et de la modélisation permettra de lever des verrous importants dans les domaines de l’électronique organique, de la catalyse, de la cosmétique, de la santé ou des matériaux composites.

Une première orientation concerne le domaine de l’électronique organique. Le caractère multi-échelle de notre approche est entre autre illustré par l’étude de systèmes de polyfullerènes et de polymères de type p et n. La modélisation des niveaux électroniques des unités de répétition du polymère est un outil clé permettant de prédire les structures chimiques optimales et d’orienter les synthèses. Ces données seront confortées par des analyses spectroscopiques de spectres de valence des fragments et du matériau. Le défi sera de lever des verrous en terme de performance de transport de charges.

Au niveau moléculaire, une approche couplée expérience-théorie est également mise en oeuvre pour caractériser des complexes transitoires de métaux de transition (groupes IV et V), qui sont des espèces clefs dans certains processus catalytiques, ainsi que pour l’étude de complexes d’amines/phosphines par des alanes/gallanes/indanes pour le stockage chimique d’hydrogène. L’étude théorique de nouveaux complexes d'or à bras phosphorés, catalyseurs potentiels dans des réactions de polymérisation d'oléfines et des réactions de couplage C-C, est également envisagée afin d’anticiper leur réactivité ainsi que celle de carbènes N-Hétérocycliques en tant que catalyseurs de polymérisation. A ce niveau d’échelle, un dernier objectif sera d’introduire soit des fonctions originales (molécules photo-actives, molécules stimuli-dépendantes (pH, T°, CO2, lumière), molécules complexantes) soit des synthons bio-sourcés au sein des monomères impliqués dans la synthèse ou la modification des chaînes macromoléculaires.

Défis :

  • Proposer de nouveaux catalyseurs, de nouveaux matériaux optoélectroniques
  • Repousser les limites de détection d'intermédiaires réactionnels (SPE-UV en lien avec le thème 1, IR en matrice).

A une échelle supérieure, avancer dans la compréhension fondamentale qui existe entre les différents niveaux de structures de matériaux polymères (structure macromoléculaire et structuration de chaînes assemblées sous forme de colloïdes ou solides) et les propriétés finales des matériaux est une démarche essentielle pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels. Un des objectifs est de mettre en place la synthèse de polymères à microstructure contrôlée (copolymères synthétiques ou biohybrides à blocs/gradient, nano/micro/milligels) à partir des monomères ciblés ci-dessus. Le couplage synthèse/caractérisation/modélisation théorique visera à comprendre et maîtriser les mécanismes de l'auto-assemblage et coassemblage des (bio)macromolécules et espèces colloidales ainsi que les propriétés finales de matériaux polymères multifonctionnels (micelles dynamiques, solides nanostructurés) ou la réticulation (nano/micro/milligels) des macromolécules.

Défis :

  • Intégrer des considérations environnementales par l’introduction de synthons bio-sourcés et la mise en place de procédés de polymérisation en milieu aqueux dispersé et/ou par micro-ondes. Evaluer l’impact des bio-ressources sur les propriétés finales.développer des stratégies d’observation in-situ de systèmes auto-assemblés dynamiques, caractériser des propriétés rhéologiques à des distances nanométriques et acquérir une meilleure compréhension des notions de confinement de chaînes macromoléculaires

  • Mettre à profit les nouvelles techniques de couplages analytiques (thème 1) pour sonder les structures macromoléculaires.