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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Dynamique de l’eau confinée dans des nanopores hydrophobes

Spécialité : / CHIMIE

Contact : ALBA-SIMIONESCO Christiane,
e-Mail : christiane.alba-simionesco@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 32 54
Laboratoire : LLB/MMB

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 28/02/2023

Résumé :
Les propriétés de l'eau liquide confinée ne diffèrent pas seulement de celles de l'eau libre, mais varient également beaucoup en fonction des caractéristiques du confinement. Cette diversité provient d'une part,du riche diagramme de phase de l'eau, qui est modifié selon l'échelle de longueur et de temps considérées, et d'autre part, de la grande diversité des conditions de confinement : taille et dimension de la matrice, rugosité de surface, nature et force des interactions... La liste des situations de confinement est large et inclut génériquement tous les cas où des molécules d'eau sont piégées dans un environnement donné, à condition que l'environnement et l'eau évoluent sur des échelles de temps très différentes.
AU cours du stage Nous nous intéresserons au comportement de l'eau confinée dans des matériaux solides et réguliers, dont la taille des pores permet une certaine mobilité autorisant des transitions de phase à partir de l'état liquide. L'avantage de la voie de synthèse retenue est la possibilité de régler l'hydrophobie de la surface de faiblement à très hydrophobe de manière bien contrôlée pour des diamètres de pores allant de 2,5 à 5 nm.

Sujet détaillé :
De nombreuses expériences sur l'eau confinée ont déjà été réalisées et de nombreux résultats controversés peuvent être trouvés dans la littérature. Ici, nous aimerions nous focaliser sur les nouvelles caractéristiques observées du fait de l'utilisation d'une pression externe différente de celle des expériences standard, ce quimodifie la quantité d'eau piégée entre les parois. En particulier, les propriétés thermodynamiques locales, les températures des transitions de phase seront affectées d'une manière non triviale, donnant lieu à l'observation de nouvelles phases cristallines (réf. 1) dans les domaines T-P non expansés.

Plusieurs situations doivent alors être envisagées puisque la pénétration d'un liquide dans un matériau nanoporeux dépend non seulement de la dimension des pores mais aussi des interactions entre le liquide et les surfaces du matériau. Dans le cas des pores hydrophiles, le processus de remplissage est appelé imbibition, lorsque la pénétration commence dès que les matériaux sont en contact avec le liquide, ou, dans le cas hydrophobe, intrusion (Ref 1) lorsqu'une pression externe est nécessaire pour forcer le liquide à entrer, avec une valeur de pression obéissant à la loi de Laplace. Dans tous les cas, les cinétiques d'entrée et de sortie sont différentes et l'échelle de temps de l'équilibrage très longue.
Techniques utilisées au cours du stage :
Caractérisation des matériaux : Adsorption N2 Eau, SAXS, FTIR, TGA. Études des fluides confinés : WAXS, Diffusion des neutrons (élastique et quasi-élastique), calorimétrie.

Mots clés : Sciences des matériaux

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