Nanoparticules de silice greffées cristal liquide

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1 Nanoparticules de silice greffées cristal liquide V. achet a, K. Lahlil b, J.P. Boilot b a Saint Gobain echerche - France b PMC Lab - Ecole Polytechnique -France

2 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Polymer Dispersed Liquid Crystal te de nucléation Fonctionnalisation Suivi du greffage ésultats Conclusion

3 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Polymer Dispersed Liquid Crystal Séparation de Phase Photo Induite 30 % Cristal liquide (CL) 70 % Monomère photosensible elation Taille / Intensité 1 Intensité Faible Élevée Taille 0.5 μm 0.5 μm 1 H. en & Al., Appl Phys Lett. 81, 19 (2002)

4 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Applications of PDLCs V=0 V 0 Saint Gobain Privalight

5 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. PDLC structural limitation Two behaviors Φ>500 nm : constante 1. Φ<500 nm : variable 2. 0,20 Inter droplet length 0,15 χ vol 0,10 0,5 μm 0,05 0,5 μm Diamètre en nm Composition : 30 % (CL) 70 % Polymer Total volumic fraction 1 Lucchetti et al J. of Appl. Phys, 88, 7, 3934, achet et al Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 421, pp , 2004

6 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Nucleation control Solid particle of liquid crystal! X ray diffraction in PDLC Cu Kα line : λ=0.154 nm 2 Intermolecular Length = 0.45 nm Dilution (30% CL) IntMol Length = 1.5 nm 2 Critical grafting concentration IntMol Length = 1.5 nm 2 IntMol Length > 1.5 nm No CL overconcentration No nucleation enhancement IntMol Length < 1.5 nm

7 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Précurseur 2 Cristaux liquides H H H H 2 H H Particule Φ<20nm ( ) 9 Br Molécule d accrochage H Molécule de cristal liquide H ( ) 11 K H/ETH H K H/ETH ( ) 8 Br ( ) 9 Types d accrochages au précurseur éthoxysilane ICPTES Et H Et NH ( ) 11 THF/cat Sn Et ( ) 11 HCl3/Et 3 N/EtH Et Et Et ( ) 9 f=3 ( ) 9 HMeCl 2 /Et 3 N/EtH H(Me) 2 Cl/Et 3 N/EtH Et Et Et ( ) 9 ( ) 9 f=2 f=1

8 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Et Fonctionnalité et purification Et Et Et Et Et Et Et Polycondensation en réseau Purification impossible Enrobage des particules Taux de greffage? H 3 C k d H 3 C Et Et k g H 3 C Pas d enrobage des particules Pas de polycondensation Purification simple par cristallisation du dimère Et Et H H H 3 2 H H H H Et Et Et Et Polycondensation linéaire Purification difficile Enrobage des particules Avant purification 1 phase liquide Monomère Dimère 1 phase solide Particule greffée

9 = FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Caractérisation MN Vision spectroscopique H 0 I 1 H I=1/2 Vision chimique Vision «ésonante» H M E H H e 0 = L intensité du signal est proportionnelle au nombre d atome. La fréquence de résonance d un proton dépend des atomes qui l entourent. H Spin-éseau Spin-Spin Quantification Espèces en solution Différenciation Monomère, Dimère Hydrolysé Visibilité Dimère et monomère Invisibilité Molécules greffées T 2 =2s liquide << solide

10 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Caractérisation par 1 H-MN éactions mises en jeux ( 2) 10 Catalyse Acide Hydrolyse ( 2) 10 H H Avant Hydrolyse ( ) 10 Catalyse Acide Hydrolyse Dimérisation Avant Hydrolyse ( 3 (2) 2 ) 10 H 10 H () min apres ajout HCl ( 2) 10 H MN du Proton prise dans de la THF deutérée Dimérisation Greffage 30 min apresajout HCl ( 2 ) 10 ( ) H ( 2) 10 H H 2 2 H H H H Avant Hydrolyse Apres 2H environ 30 m in apres ajout HCl 0.80 ( 2 2 ) 10 H Avant Hydrolyse Apres2Henviron H H H Apres 2H environ Apres 5 jours Greffage 30 min apres ajout HCl Apres 2H environ Apres5 jours ( 2 ) H H H H Apres 5 jours Apres 5 jours

11 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Taux de greffage 1 H MN 1.2<[CL]<2 nm - ² MN 29 (phase solide ) 0,6<[CL]<1,25 nm - ² 140 MET ATG 1<[CL]<1,6 nm - ² Quantité de soluté (mmol) Mono Hydrolysé Dimère Total Durée de chauffage (en heure)

12 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. ésultats Concentration des especes Monomère Greffé Hydrolysé H_2 Dimère Durée en Heure Constantes de réaction Greffage : 1 Hydrolyse : 0,3 Dimérisation : 0,18 lice MAST (Nissan Chem.) ph =1.7 stable en solvant polaire

13 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Assisted nucleation Mixture (27% LC) Irradiation power (150 mw/cm²) Without nanoparticles With nanoparticles ~10 20 m nm 600 nm χ vol 14,8% χ vol 28% Unachieved PIPS Achieved PIPS (100 % of initial volume) (50% of initial volume) Droplet size limited by initial LC concentration Increase amount of LC

14 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Caractérisation optique Les particules greffées ne déstabilisent pas la mésophase cristal liquide. Conservation du caractère biréfringent Conservation de la réponse sous champ électrique

15 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited. Conclusion Moyen de suivi des cinétiques de greffage Cinétique in situ, non destructive. Faibles quantités mises en œuvre. Un objet original Existence d un gel physique «Dissimulation» de nanoparticules inorganiques dans une mésophase CL Persistance des propriétés structurales Inclusion de nouvelles fonctionnalités dans les cristaux liquides. Propriétés Ferro électriques (1 à 2 wt%) Propriétés de fluorescence (confinement 2D)

16 FIDENTIAL - Disclosure or reproduction without prior written permission of Saint-Gobain echerche is prohibited.