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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Détection microfluidique des intermédiaires de nucléation cristalline lors de synthèses de nanoparticules inorganiques en phase aqueuse

Spécialité : / CHIMIE

Contact : CHEVALLARD Corinne,
e-Mail : corinne.chevallard@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 52 23
Laboratoire : NIMBE/LIONS

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Non
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 25/06/2021

Résumé :
La synthèse en solution aqueuse de nanoparticules de YVO4 se caractérise par l’existence transitoire d’un réseau amorphe, formé dès les premières ms de la réaction, en amont de la nucléation cristalline. Afin de suivre en détails l’apparition de ce réseau, nous effectuerons des synthèses microfluidiques à l’aide d’un dispositif original permettant le mélange des solutions salines en quelques 100 μs, ainsi que la réalisation de mesures de diffusion X sur puce.

Sujet détaillé :
La compréhension des mécanismes de nucléation cristalline dans des solutions salines sursaturées détermine notre capacité à concevoir des nanomatériaux et à comprendre certains processus géologiques ou encore la biominéralisation [1]. Cependant, la nucléation cristalline est imparfaitement décrite par les «théories classiques de nucléation» (CNT) [2]. Une raison, admise, de cet échec est que les CNT négligent l'existence d'états désordonnés transitoires, liquides ou solides amorphes. À ce jour, les données quantitatives sont en effet rares, en raison du défi que représente la mesure de structures petites et transitoires ( Nous avons récemment mis au point des mélangeurs microfluidiques permettant d’accéder à des temps de réaction après mélange dix fois plus courts (~100 µs) que ceux accessibles avec les mélangeurs commerciaux [3]. L’utilisation de ces mélangeurs ultrarapides va nous permettre de caractériser, par diffusion de rayons X sur source synchrotron, les toutes premières étapes de la nucléation cristalline de YVO4, avant même la formation du réseau amorphe déjà observé avec un mélangeur commercial [4]. Les premières expériences réalisées en février 2020 sur le synchrotron DIAMOND (Royaume-Uni) ont confirmé la faisabilité de ces mesures et ont apporté de premiers résultats scientifiques. Il faut désormais attester la reproductibilité des mesures et généraliser l’emploi du mélangeur microfluidique à d’autres conditions expérimentales (concentrations salines, valeur de pH, nature des sels) afin de préparer ou de consolider les prochaines expériences prévues au au printemps 2021 sur le synchrotron SOLEIL.
Ce stage de Master 2 correspond à un travail expérimental qui consistera à fabriquer les puces microfluidiques dans un environnement de salle blanche, puis à caractériser leur temps typique de mélange en fonction des débits choisis et à mener des expériences de cristallisation sur puces, couplées avec un suivi par microscopie optique. Des expériences de laboratoire complémentaires seront effectuées pour caractériser les produits finaux, par l’utilisation de la spectroscopie de luminescence stationnaire, des mesures de diffusion X ou de la microscopie MET.
Techniques utilisées au cours du stage :
Lithographie douce, microfluidique, microscopie optique, diffusion X

Mots clés : Microfluidique, croissance cristalline, nanoparticules, diffusion X

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