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Accueil du site > Les propriétés cristal-liquides des suspensions aqueuses d’argiles nontronites

Contributeur : P. Davidson Collaborateurs : L.J. Michot, I. Bihannic, S. Maddi (LEM, Nancy ) ; S. S. Funari (HASYLAB, Hambourg) ; C. Baravian ( LEMTA, Nancy) ; P. Levitz (LPMC, Polytechnique Palaiseau)

Nous étudions des suspensions mésomorphes de nanoparticules minérales, en forme de bâtonnets ou de plaquettes, dans un solvant. La famille des argiles naturelles est un bon candidat à l’observation de telles propriétés car de nombreuses argiles peuvent s’exfolier dans l’eau pour former des suspensions de feuillets chargés de 1 nm d’épaisseur et 50-1000 nm de diamètre. Toutefois, ces suspensions ont aussi une forte propension à former des gels à de faibles fractions volumiques (1 %). Bien que ces gels puissent être biréfringents, ils ne sont pas fluides et ne peuvent donc pas être orientés par des champs électriques ou magnétiques. Ainsi, la transition sol/gel masque les propriétés cristal-liquides de ces matériaux. Ce phénomène rend toutes les argiles étudiées à ce jour inutilisables dans des dispositifs d’affichage, malgré les efforts de nombreuses équipes dans le monde. Récemment, en collaboration avec des géochimistes et d’autres physiciens, nous avons découvert des suspensions fluides d’une argile naturelle, la nontronite, qui présentent clairement des propriétés cristal-liquides. Ainsi, nous avons observé la transition du 1er ordre liquide isotrope / nématique à l’équilibre thermodynamique (Figure 1). Dans ce système, la transition apparaît à une concentration inférieure à celle de la transition sol/gel. De ce fait, il est possible d’exploiter les propriétés de fluidité et d’anisotropie typiques des cristaux liquides : par exemple, on peut aligner dans la même direction toutes les nanoparticules d’argiles, à l’aide d’un petit champ magnétique, et les manipuler à loisir (Figure 2). L’obtention d’une phase nématique ouvre la voie à la mise au point de nouveaux matériaux composites à base d’argiles, voire même, en principe, de dispositifs électro-optiques moins onéreux. De plus, l’auto-orientation des plaquettes d’argile détermine en grande partie les propriétés d’écoulement de ces suspensions. Ces écoulements peuvent être soit catastrophiques (boues torrentielles), soit mis à profit lors de la conception de fluides « complexes » industriels. En fait, cette propriété d’alignement coopératif, bien que le plus souvent masquée par la transition sol/gel, est très générale dans le monde des argiles.


Figure 1 : Cette suspension d’argile nontronite, observée entre polariseurs croisés, illustre la coexistence de la phase nématique, biréfringente, en bas, et de la phase liquide isotrope, sombre, en haut.

Référence : Liquid-crystalline aqueous clay suspensions, L.J.Michot, I.Bihannic, S.Maddi, S.S. Funari, C.Baravian, P.Levitz, P. Davidson, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 103, 16101 (2006).