Comment se comporte un liquide dans un nanocanal ?

4 décembre 2008

Nanomatériaux , Ecoulement , Fluide , LLB - UMR 12 , IPR - UMR 6251 , ISTO - UMR 6113 , FOTON - UMR 6082

Les molécules qui constituent un fluide sont tellement petites et nombreuses qu’à notre échelle nous pouvons considérer les fluides comme des milieux continus. En est-il de même lorsque ces mêmes fluides circulent dans des canaux dont le diamètre n’excède pas quelques tailles moléculaires ? Des physiciens de Rennes, Saarbrücken, Saclay et Grenoble ont ainsi montré que certains fluides constitués de molécules allongées, dites mésogènes, ne présentent plus les mêmes propriétés physiques si le diamètre du tube dans lequel on les place est de l’ordre de 10 nanomètres, soit trente fois le diamètre de ces molécules.

Pour effectuer ces expériences, les physiciens ont utilisé des canaux de plusieurs centaines de micromètres de longs, mais seulement 8 nm de diamètre, obtenus par attaque électrochimique de feuilles de silicium. Après oxydation de ces matériaux, ils ont obtenu des membranes de silice, parfaitement transparentes et percées d’une assemblée de nanocanaux. Par des mesures optiques, ils ont suivi les orientations préférentielles de molécules mésogènes, confinées par imprégnation dans les canaux. Ces molécules, impliquées dans la plupart des applications des cristaux liquides, s’alignent spontanément entre elles en dessous d’une température bien précise alors que leur orientation est quelconque au dessus de cette température. En outre, des mesures de diffusion des neutrons, ont montré que dans un canal, les mouvements de rotation et de translation des molécules sont modifiés et dépendent de manière importante de l’endroit précis de l’échantillon où se place la molécule. Ces modifications devraient avoir un effet important sur la viscosité du fluide et ses propriétés de transport.

Les résultats de cette étude font l’objet de deux publications dans les revues Physical Review Letters et Physical Review E, Rapid Communication.

: Modélisation par simulation moléculaire du fluide confiné dans un canal nanométrique (Qing JI, IPR, Rennes).

En savoir plus

Relation between static short range order and dynamic heterogeneities in a nanoconfined liquid crystal, Ronan Lefort¹, Denis Morineau¹, Régis Guégan², Mohammed Guendouz³, Jean-Marc Zanotti⁴, and Bernhard Frick⁵, Physical Review E, Rapid Communication, Phys. Rev. E 78, 040701(R) (2008)

¹Institut de Physique de Rennes (IPR), CNRS-UMR 6251
²Institut des sciences de la Terre (ISTO), CNRS-UMR 6113,
³Laboratoire d’Optronique, FOTON, CNRS-UMR 6082,
⁴Laboratoire Léon Brillouin,
⁵Institut Laue-Langevin,

Continuous Paranematic-to-Nematic Ordering Transitions of Liquid Crystals in Silica Nanochannels, Andriy V. Kityk^1 ;2,¤ Matthias Wolff², Klaus Knorr², Denis Morineau³, Ronan Lefort³, and Patrick Huber², Phys. Rev. Lett. 101, 187801 (2008), arXiv:0810.0509v2

^1 ;2Institute for Computer Science, Czestochowa University of Technology, Poland
²Faculty of Physics and Mechatronics Engineering, Saarland University, Germany
³Institut de Physique de Rennes, CNRS-UMR 6251