L'objet de cette thèse est l'étude par spectroscopie Raman de la taille et la distribution de taille de nanopoudres de TiO2 anatase. L'utilisation de plusieurs techniques de synthèse (chimie douce, microémulsion inverse, synthèse hydrothermale continu) a permis d'obtenir des matériaux dont la taille (de 3 à 20 nm), la forme, la phase sont parfaitement contrôlées et avec une distribution de taille resserrée. L'utilisation des modes optiques à travers le suivi de la raie Eg de l'anatase est la méthode la plus employée pour déterminer la taille des nanocristaux. Cependant, cette raie est entre autres sensible à la non-stoechiométrie. Afin de s'affranchir de ces effets, l'analyse des modes acoustique a été réalisée. Les distributions de taille obtenues par spectroscopie Raman sont comparées avec celles obtenues par MET. L'influence de l'état d'adsorption de la surface des nanocristaux de TiO2 a également été étudiée par spectroscopie Raman in situ.

Polymer foams belong to the solid foams family which are versatile materials, extensively used for a large number of applications such as automotive, packaging, sport products, thermal and acoustic insulators, tissue engineering or liquid absorbents. Composed of air bubbles entrapped in a continuous solid network, they combine the properties of the polymer with those of the foam to create an intriguing and complex material. Incorporating a foam into a polymer network not only allows one to use the wide range of interesting properties that the polymer offers, but also permits to profit from the advantageous properties of foam including lightness, low density, compressibility and high surface-to-volume ratio. Generally, the properties of polymer foams are strongly related to their density and their structure (bubble size and size distribution, bubble arrangement, open vs closed cells). Having a good control over foam properties is thus achieved by first controlling its density and structure.We developed a technique in which solid foams are generated essentially in a two-step process: a sufficiently stable liquid foam with well-controlled structural properties is generated in a first step, and then solidified in a second one. With such a two-step approach, the generation of solid foams can be divided into a number of well-separated sub-tasks which can be controlled and optimised separately. The transition from liquid to solid state is a sensitive issue of a great importance and therefore needs to be controlled with sufficient accuracy. It is essentially composed of three key steps: foam generation, mixing of reactants and foam solidification and requires the optimisation of foam stability in conjunction with an appropriate choice of both foaming time and solidification time. Furthermore, a good homogeneity of the polymer foam calls for a good mixing of the different reactants involved in the foaming and the polymerisation.A particularly powerful demonstration of the advantages of this approach is given by solidifying monodisperse liquid foams generated using millifluidic technique, in which all bubbles have the same size. In a liquid foam, equal-volume bubbles self-order into periodic, close-packed structures under gravity or confinement. As such, monodisperse foams provide simultaneous control over the size and the organisation of the pores in the final solid with an accuracy which is expected to give rise to a better understanding of the structure-property relationship of porous solids and to the development of new porous materials.We therefore aim to explore the new spectrum of properties, which polymer foams offer when we introduce an ordered structure into them since the most widely used polymer foams nowadays have disordered structures. The goal of our study is to demonstrate the feasibility of this two-step approach for different classes of polymers, including biomolecular hydrogel, superabsorbent polymer and polyurethane.For the generation of the structured polymer foams we use Lab-on-a-Chip technologies which allow the "shrinking" of large-scale set-ups to micro/millimetic scale. It permits also to perform "flow chemistry" in which the various liquid and gaseous ingredients of the foam are injected and mixed in a purpose-designed network of the micro- and millifluidic Lab-on-a-Chip. We adjust this approach according to the requirements of each polymer system, i.e. the foaming and the mixing techniques are chosen to fit the properties of each system, and can be exchanged to fit the properties of the studied systems.

Durant ce travail de thèse, d’importants paramètres concernant la synthèse de matériaux catalytiques nanostructurés à base de manganèse et d’oxydes de cobalt ont été établis. La corrélation entre les propriétés structurales du catalyseur et l’activité catalytique, ainsi que le mécanisme d’oxydation du CO ont été analysé au moyen d’une grande variété de méthodes expérimentales physico-chimiques.<p>De l’oxyde de manganèse non-stœchiométrique (MnOx) a été préparé par décomposition spinodale d’oxalate de manganèse trihydraté en ayant recours à la technique d’oxydation programmée en température (TPO). Tant l’analyse quantitative relatives à ces données TPO que les résultats obtenus par spectroscopie de structure au front d’absorption des rayons X (XANES), ainsi que par spectroscopie des photoélectrons X (XPS) ont permis d’estimer la stœchiométrie de l’oxyde avec un x situé entre 1.61 et 1.67. En accord avec à la fois la surface spécifique élevée et la combinaison d’isothermes d’adsorption/désorption de type I et IV, la microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM) démontre la présence de micro-bâtonnets caractéristiques et « imbriqués » les uns dans les autres, accompagné de particules nanocristalline à l’extrémité de ces bâtonnets.<p>Les découvertes faites par spectroscopie infra-rouge de réflexion diffuse par transformée de Fourier (DRIFTS), par études isotopiques et cinétiques suggère que l’adsorption des deux molécules, CO et O2, est suivie par leur réaction en surface via des intermédiaires de type carbonate/formate, pour finalement produire du CO2. Nous supposons un mécanisme de type Mars-van Krevelen où l’oxygène appartenant à la structure de type MnOx prend part dans l’oxydation catalytique du CO à basse température. Cependant, ces espèces mobiles d’oxygènes ne faisaient pas partie du cœur de phase du réseau d’oxyde, et de ce fait, ont été capables de « sauter » sur la surface et approvisionner les espèces oxygénées nécessaires à l’oxydation du CO déjà adsorbé.<p>Une structure spinelle d’oxyde de cobalt Co3O4 dans lequel le cobalt présente deux états de valence (+2 et +3) a été choisie pour élucider l’effet de la taille des particules sur l’activité lors de la réaction d’oxydation du CO. Tout d’abord, des nanoparticules monodispersées de cobalt métallique présentant une déviation standard en taille inférieure à 8% ont été synthétisées à partir de carbonyle de cobalt (Co2(CO)8) par une méthode optimisée «d’injection chaude». Un contrôle de la taille des nanoparticules dans la gamme 3 à 11 nm a pu être obtenu en variant la température d’injection du carbonyle de cobalt dans une solution de dichlorobenzène et d’acide oléique. La microscopie électronique à transmission (TEM) nous montre que ces particules de cobalt sont quasiment hémisphériques. Ensuite, de la silice poreuse (de type MCF-17) a été imprégnée par des nanoparticules de cobalt, et ensuite activée par TPO menant à des nanoparticules d’oxyde de cobalt. Des études par diffraction des rayons X (XRD) et spectroscopie des photoélectrons X (XPS) ont démontré la structure spinelle Co3O4. Finalement, l’activité des catalyseurs obtenus vis-à-vis de l’oxydation du monoxyde de carbone fut mesurée à 423 K et ce en fonction de la taille des particules. Les particules de Co3O4 présentant une taille allant de 5 à 8 nm se sont révélées les plus actives. Ceci peut s’expliquer par une plus grande mobilité des atomes d’oxygène en surface des nanoparticules d’oxyde de cobalt.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La dynamique de filaments flexibles individuels en écoulement visqueux est une étape essentielle pour comprendre et contrôler la rhéologie de nombreux fluides complexes. Cette dynamique sous-tend également une multitude de processus biophysiques allant de la propulsion des micro-organismes aux écoulements intracellulaires. Cette thèse présente des expériences systématiques permettant d’étudier la dynamique de filaments flexibles browniens dans un écoulement visqueux. Nous avons choisi d’utiliser un biopolymère, l’actine, comme système modèle de filaments. Sa longueur typique varie de 1 à 100 μm, il est flexible à ces échelles avec une longueur de persistance de l’ordre de 20μm, à cause de ses petites dimensions, il est soumis aux forces Browniennes avec des fluctuations en flexion, et enfin il peut être marqué en fluorescence. Nous utilisons des dispositifs microfluidiques associés à des systèmes de contrôle d’écoulements, un microscope optique équipé́ avec une platine motorisée pour réaliser des expériences contrôlées permettant de suivre la dynamique des filaments d’actine dans un écoulement de cisaillement pur et dans un écoulement élongationnel. Pour les expériences en cisaillement pur, des simulations reproduisant les conditions expérimentales ont aussi été́ menées en utilisant la théorie des poutres inextensibles d’Euler-Bernoulli et la théorie non locale des corps élancés en présence de fluctuations Browniennes et sont en accord quantitatif avec les résultats expérimentaux. Nous montrons que la dynamique des filaments dans ce système est principalement régie par le nombre élasto-visqueux, nombre sans dimension comparant les forces de trainée visqueuses aux forces de flexion élastiques, les fluctuations thermiques ne jouant qu’un rôle secondaire. Nous présentons une caractérisation complète des différents modes de déformation subies par le filament pendant une rotation ainsi que des transitions entre les différents modes. Dans la géométrie élongationnelle, nous avons choisi un canal hyperbolique optimisé pour permettre de longs temps de résidence sous taux de déformation constant. Nous avons observé́ directement la suppression des fluctuations transverse dans la partie extensionnelle tandis que nous observons, dans la partie compressive la formation de structures hélocoïdales tridimensionnelles après le flambage du filament. Pour finir, ce manuscrit de thèse décrit des développements expérimentaux permettant de fabriquer des suspensions de filaments d’actine relativement monodisperse en taille ainsi que des résultats préliminaires sur des effets rhéofluidifiants. Au bilan, les résultats présentes dans ce manuscrit pose les premières pierres de travaux futurs en direction de l’étude de la dynamique de ces filaments dans des écoulements plus complexes comme des écoulements de Poiseuille ou oscillants. Ils permettent aussi d’envisager des études sur le lien entre déformations de particules et propriétés des suspensions diluées d’objets flexibles et Brownien, lien encore peu étudié du point de vue expérimental. / The dynamics of individual flexible filament in a viscous flow is the key to deciphering the rheolog- ical behavior of many complex fluids and soft materials. It also underlies a wealth of biophysical processes from flagellar propulsion to intracellular streaming. This thesis presents systematic exper- iments to investigate the dynamics of flexible and Brownian filaments in viscous flows. Biopolymer actin has been chosen to be our experimental model filament: its typical length can be varied from 1 to 100 μm, it is flexible at these dimensions with a persistence length in the order of 20μm, it is Brow- nian due to its small diameter with bending fluctuations and it can be labelled by fluorescent dye. Microfluidic channels and flow control systems are combined to optical microscope with automated stage to carry out well-controlled experiments on the diverse dynamics of actin filaments in shear flow and pure straining flow. In shear flow, simulations matching the experimental conditions have also been performed using inextensible Euler-Bernoulli beam theory and non-local slender body hy- drodynamics in the presence of thermal fluctuations and agree quantitatively with the experimental results. We demonstrate that filament dynamics in this flow geometry is primarily governed by a dimension- less elasto-viscous number comparing viscous forces to elastic forces with thermal fluctuations only playing a secondary role. We present a complete characterization of the different modes of defor- mation undergone by the filament while rotating as well as of the transitions between these different modes. In pure straining flow, we opt to use an optimized hyperbolic channel to allow long resi- dence time at constant strain rate to be applied. We directly observe the suppression of transverse fluctuations in the extensional part of the hyperbolic channel while we observe, in the compressive part of the flow, the formation of three dimensional helical structures subsequent to the initial buck- ling of the filament. Finally, this thesis manuscript also reports on experimental developments to fabricate suspensions of actin filament with a narrow distribution of lengths and on preliminary re- sults on shear-thinning effects. All together the results presented here pave the way of future studies towards the understanding of filament dynamics in more complex flows, as Poiseuille flows or oscil- latory flows, as well as towards establishing the link between filament deformations and rheological response in dilute suspensions of flexible Brownian filaments, which remains nearly unexplored from an experimental point of view.

Seit mehr als einem Jahrhundert ist ein wachsendes wissenschaftliches Interesse an Tropfen und den Vorgängen bei deren Aufprall auf die verschiedensten Substrate zu verzeichnen, wohl auch durch die Fotografien von Worthington (1908) ausgelöst. Inzwischen wurden viele Erkenntnisse durch große Fortschritte bei der experimentellen Untersuchung (z.B. mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen) und durch theoretische und computergestützte Untersuchung (z.B. durch skalenfreie und numerische Modellierung) gewonnen. Trotzdem bleibt durch die Vielfältigkeit und Komplexität der Phänomene während des Tropfenaufpralls sowie wegen der ständig erweiterten Anwendungsbereiche dieses Forschungsgebiet hochaktuell. Insbesondere sehr kleine und gleichzeitig sehr schnelle Tropfen (Tropfendurchmesser 10µm bis 100µm, Tropfengeschwindigkeit 10m/s bis 100m/s) kommen in vielen modernen Anwendungen vor (z.B. Verbrennungsmotoren, Tintenstrahldrucker, Reinigung von Oberflächen). In diesem wichtigen, aber für Untersuchungen schwer zugänglichen Parameterbereich gibt es immer noch offene Fragen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit diesen schnellen Mikrotropfen in Bezug auf ihre Herstellung und den Aufprallvorgang auf ein festes, trockenes oder benetztes Substrat. Zunächst wird eine Methode zur Erzeugung eines Hochgeschwindigkeitssprays realisiert, welche auf dem durch Ultraschall gesteuerten Plateau-Rayleigh-Zerfall eines Flüssigkeitsstrahls beruht. Sie ermöglicht es, sowohl Tropfengröße als auch –geschwindigkeit präzise und mit hoher Reproduzierbarkeit über den gesamten oben angegebenen Parameterbereich einzustellen. Durch gezielte Manipulation eines Einzeltropfens durch elektrische Felder wird anschließend der Tropfenaufprall auf Substrate unterschiedlicher Benetzbarkeit mit sehr hoher zeitlicher Auflösung (ca. 100 Mio. Bilder pro Sekunde) bei gleichzeitig hoher räumlicher Auflösung (< 1µm) untersucht. Es zeigt sich, dass bekannte Modelle für langsamere und größere Tropfen im Millimeterbereich auch für schnelle Mikrotropfen Gültigkeit behalten. Somit ist bei gleichen dimensionslosen Kennzahlen (z.B. Reynolds-Zahl, Weber-Zahl, Ohnesorge-Zahl) eine skalenfreie Beschreibung des Tropfenaufpralls möglich. Schließlich wird die Methode zur Tropfenerzeugung auf einen für Anwendungen in der Reinigung relevanten Fall übertragen. Hierbei geht es um den Tropfenaufprall auf ein von einem Flüssigkeitsfilm überströmten Substrat. Es werden die während des Auftreffvorgangs auftretenden Geschwindigkeiten in der sich bildenden radialen Strömung in Abhängigkeit von verschiedenen Prozessparametern bestimmt. Aus den Ergebnissen lassen sich Aussagen über die zu erwartende Reinigungswirkung durch derartige Tropfen und den Einfluss der Prozessparameter treffen.

Les mousses polymères appartiennent à la famille des mousses solides qui sont des matériaux polyvalents, largement utilisés dans un grand nombre d'applications telles que l'automobile, l'emballage, produits de sport, isolants thermiques et acoustiques ou l'ingénierie tissulaire. Composé de bulles d'air piégées dans un réseau continu solide, elles allient les propriétés du polymère avec ceux de la mousse pour créer un matériau intéressant et complexe. L'intégration d'une mousse dans un réseau de polymère permet non seulement d'utiliser la vaste gamme de propriétés intéressantes offertes par les polymères, mais permet aussi de profiter des propriétés avantageuses des mousse telles que la légèreté, la faible densité, la compressibilité et un rapport surface/volume grande surface élevé. En général, les propriétés des mousses polymères sont fortement liées à leur densité et leur structure (la taille des bulles, l’arrangement des bulles dans l’espace, la structure des cellules ouvertes ou fermées). Le contrôle des propriétés finales de ces mousses est donc régi par le contrôle de sa densité et sa structure.Nous avons développé une technique dans laquelle des mousses solides sont générées essentiellement suivant un processus à deux étapes dans lequel une mousse liquide suffisamment stable ayant des propriétés bien contrôlées est générée dans une première étape, puis solidifiée. Avec une telle approche, la production des mousses solides peut être divisé en un certain nombre de sous-tâches qui peuvent être contrôlées et optimisées séparément.Le passage de l'état liquide à l'état solide est essentiellement composé de trois étapes principales: la production de la mousse, le mélange des réactifs et la solidification de la mousse. Ce dernier nécessite l'optimisation de la stabilité de la mousse et des paramètres expérimentaux tels que le choix du temps de moussage et de solidification. En outre, une bonne homogénéité de la mousse polymère appelle à un bon mélange des différents réactifs impliqués dans la formulation de la mousse et de la polymérisation.Une illustration des avantages de cette approche est donnée par la solidification de mousses liquides monodisperses générées à l’aide de la technique millifluidique. Dans une telle mousse, des bulles de volume égal, s’auto-organisent sous l’effet de la gravité et du confinement pour former des structures cristallines. Ainsi, les mousses monodisperses permettent d’avoir un contrôle simultanément sur la taille et la distribution des bulles du matériau poreux final, ce qui donne lieu à une meilleure compréhension de la corrélation entre sa structure et ses propriétés. L’objectif de cette étude est donc d'explorer le nouveau spectre de propriétés, que des mousses polymère offrent lorsque l’on y introduit une structure ordonnée et de démontrer la faisabilité de cette approche à deux étapes pour différentes classes de polymères (hydrogel, polymère super-absorbant et polyuréthane).La génération de ces mousses polymères structurées a été réalisée à l’aide d’un laboratoire sur puce qui permet le rétrécissement des dispositifs expérimentaux à l'échelle micro / millimétrique. Il permet également l’injection et le mélange divers ingrédients liquides et gazeux de la mousse. / Polymer foams belong to the solid foams family which are versatile materials, extensively used for a large number of applications such as automotive, packaging, sport products, thermal and acoustic insulators, tissue engineering or liquid absorbents. Composed of air bubbles entrapped in a continuous solid network, they combine the properties of the polymer with those of the foam to create an intriguing and complex material. Incorporating a foam into a polymer network not only allows one to use the wide range of interesting properties that the polymer offers, but also permits to profit from the advantageous properties of foam including lightness, low density, compressibility and high surface-to-volume ratio. Generally, the properties of polymer foams are strongly related to their density and their structure (bubble size and size distribution, bubble arrangement, open vs closed cells). Having a good control over foam properties is thus achieved by first controlling its density and structure.We developed a technique in which solid foams are generated essentially in a two-step process: a sufficiently stable liquid foam with well-controlled structural properties is generated in a first step, and then solidified in a second one. With such a two-step approach, the generation of solid foams can be divided into a number of well-separated sub-tasks which can be controlled and optimised separately. The transition from liquid to solid state is a sensitive issue of a great importance and therefore needs to be controlled with sufficient accuracy. It is essentially composed of three key steps: foam generation, mixing of reactants and foam solidification and requires the optimisation of foam stability in conjunction with an appropriate choice of both foaming time and solidification time. Furthermore, a good homogeneity of the polymer foam calls for a good mixing of the different reactants involved in the foaming and the polymerisation.A particularly powerful demonstration of the advantages of this approach is given by solidifying monodisperse liquid foams generated using millifluidic technique, in which all bubbles have the same size. In a liquid foam, equal-volume bubbles self-order into periodic, close-packed structures under gravity or confinement. As such, monodisperse foams provide simultaneous control over the size and the organisation of the pores in the final solid with an accuracy which is expected to give rise to a better understanding of the structure-property relationship of porous solids and to the development of new porous materials.We therefore aim to explore the new spectrum of properties, which polymer foams offer when we introduce an ordered structure into them since the most widely used polymer foams nowadays have disordered structures. The goal of our study is to demonstrate the feasibility of this two-step approach for different classes of polymers, including biomolecular hydrogel, superabsorbent polymer and polyurethane.For the generation of the structured polymer foams we use Lab-on-a-Chip technologies which allow the “shrinking” of large-scale set-ups to micro/millimetic scale. It permits also to perform “flow chemistry” in which the various liquid and gaseous ingredients of the foam are injected and mixed in a purpose-designed network of the micro- and millifluidic Lab-on-a-Chip. We adjust this approach according to the requirements of each polymer system, i.e. the foaming and the mixing techniques are chosen to fit the properties of each system, and can be exchanged to fit the properties of the studied systems.

Drug administration through the pulmonary route is an ancient technique that evolved from inhaling the smoke of certain leaves as a medicine. The optimum droplet diameter for the pulmonary system deposition has been identified to be in the range from 2 to 3.5 μm, with potential deposition rates of up to 80% of this size range. Currently, the most used aerosol generator methods are the pressurized metered dose inhalers. However, they generally exhibit low deposition efficiency with less than 20 % of the spray reaching the target area of the lungs as most of the drug deposited in the upper airways. This is for the most part due to the droplet size polydispersity that is inherent in these systems. The droplets of the biggest diameter will deposit in the upper airways, and then the deposited medicine will be swallowed and absorbed in the gastrointestinal tract. This can produce adverse medical side effects. Electrospray (ES) or electrohydrodynamic atomization (EHDA) is a promising atomization process due to its ability to produce a spray with monodisperse droplet size. The current study will investigate the feasibility of using electrospray in a pulmonary drug delivery system. Assessments, selection and characterization of suitable biocompatible solvents that can be used as a lung obstruction relief drug were carried out. Tests to identify the electrospray setup necessary to produce droplet sizes in the appropriate range for deposition in the lungs were carried out. The study found that both stable and pulsating cone jet modes can produce the required droplet size and the pulsating mode can produce at least four times higher flow than stable cone jet mode. A low-cost image analysis technique developed for this work gave satisfactory results that could be compared to droplet size scaling laws from the literature. However, it proved to be relatively time consuming and further automation of this technique would make it more suitable for large-scale studies. The image analysis results show a correlation between the cone length, cone angle and the applied voltage. The droplet scaling laws discrepancies such as the solution flow rate exponent and the constant that is used by some scaling laws may be attributed to the droplet evaporation time which is quite short for the water/ ethanol solutions. The emitter diameter and the conductivity effect on the I(Q) power law and the sensitivity of the onset voltage (Vonset) to the liquid flow rate (Q), were demonstrated for solutions of triethylene-glycol (TEG), and for an ethanol-water mixture solution.

L'objectif de ce travail est d'élaborer des matériaux composites modèles nanotubes de carbone/polymères permettant de tirer profit des propriétés des nanotubes de carbone à l'échelle macroscopique. L'obtention de tels matériaux nécessitant une fonctionnalisation homogène entre les nanotubes de carbone et les polymères, les nanotubes de carbone utilisés doivent être individuels et de même réactivité chimique, donc de même diamètre. Ainsi, ils doivent être synthétisés par CVD par des nanoparticules catalytiques monodisperses et supportées. Dans la première partie, nous avons élaboré une nouvelle méthode générique de synthèse de nanoparticules d'oxydes métalliques supportées. Nous avons principalement détaillé la synthèse de nanoparticules de Fe2O3 dont la distribution en taille est de 1.1 ± 0.3 nm. Dans la deuxième partie, après avoir étudié la stabilité thermique de ces nanoparticules, nous les avons utilisées pour catalyser la croissance des nanotubes de carbone monofeuillets individuels par CVD. La caractérisation des nanotubes obtenus par Raman indique une distribution en diamètre exceptionnellement étroite de 1.27 ± 0.15 nm. Dans la troisième partie, nous avons tout d'abord étudié la mise en solution des nanotubes de carbone par fonctionnalisation non covalente avec un polymère hydrosoluble le POE portant un motif pyrène en bout de chaîne et mis en évidence un phénomène de déplétion qui limite la solubilisation des nanotubes. Nous avons ensuite élaboré des matériaux composites nanotubes de carbone/rrP3HT par fonctionnalisation covalente et non covalente et nous avons étudié l'efficacité de séparation de charge dans les deux cas de fonctionnalisations.

L’objectif de ce travail est d’élaborer des matériaux composites modèles nanotubes de carbone/polymères permettant de tirer profit des propriétés des nanotubes de carbone à l’échelle macroscopique. L’obtention de tels matériaux nécessitant une fonctionnalisation homogène entre les nanotubes de carbone et les polymères, les nanotubes de carbone utilisés doivent être individuels et de même réactivité chimique, donc de même diamètre. Ainsi, ils doivent être synthétisés par CVD par des nanoparticules catalytiques monodisperses et supportées. Dans la première partie, nous avons élaboré une nouvelle méthode générique de synthèse de nanoparticules d’oxydes métalliques supportées. Nous avons principalement détaillé la synthèse de nanoparticules de Fe2O3 dont la distribution en taille est de 1.1 ± 0.3 nm. Dans la deuxième partie, après avoir étudié la stabilité thermique de ces nanoparticules, nous les avons utilisées pour catalyser la croissance des nanotubes de carbone monofeuillets individuels par CVD. La caractérisation des nanotubes obtenus par Raman indique une distribution en diamètre exceptionnellement étroite de 1.27 ± 0.15 nm. Dans la troisième partie, nous avons tout d’abord étudié la mise en solution des nanotubes de carbone par fonctionnalisation non covalente avec un polymère hydrosoluble le POE portant un motif pyrène en bout de chaîne et mis en évidence un phénomène de déplétion qui limite la solubilisation des nanotubes. Nous avons ensuite élaboré des matériaux composites nanotubes de carbone/rrP3HT par fonctionnalisation covalente et non covalente et nous avons étudié l’efficacité de séparation de charge dans les deux cas de fonctionnalisations. / The aim of this work is to develop composite materials carbon nanotubes/polymers to take advantage of properties of carbon nanotubes at macroscopic scale. To get such materials, homogeneous functionalization between carbon nanotubes and polymers is required, carbon nanotubes must be individual with the same chemical reactivity, therefore the same diameter. Thus, they must be synthesized by CVD from monodispersed and supported catalyst nanoparticles. In the first part, we developed a new universal method for the synthesis of metal oxide supported nanoparticles. We mainly detailed the synthesis of Fe2O3 nanoparticles with size distribution of 1.1 ± 0.3 nm. In the second part, after studying the thermal stability of these nanoparticles, we used them to catalyze the growth of individual single wall carbon nanotubes by CVD. The caracterisation of the obtained nanotubes by Raman show exceptionally narrow diameter distribution of 1.27 ± 0.15 nm. In the third section, we first studied the dispersion of carbon nanotubes by noncovalent functionalization withhydro-soluble polymer POE with pyrene as end group and revealed depletion phenomena that limit the solubilization of nanotubes. Then we developed composite materials carbon nanotubes/rrP3HT by covalent and noncovalent functionalisation and we studied the efficiency of charge separation in both cases of functionalization.

Recent advancements in nanotechnology and emerging applications of nanomaterials in various fields have stimulated interest in fundamental scientific research dealing with the size and structure controlled synthesis of nanoparticles. The unique properties of nanoparticles are largely size dependent which could be tuned further by varying shape, structure, and surface properties, etc. The preparation of monodisperse nanoparticles is desirable for many applications due to better control over properties and higher performance compared to polydispersity nanoparticles. There are several methods for the synthesis of nanoparticles based on top-down and bottom-up approaches. The main disadvantage of top-down approach is the difficulty in achieving size control. Whereas, uniform nanoparticles with controllable size could be obtained by chemical methods but most of them are difficult to scale up. Moreover, a separate step of size separation is necessary in order to achieve monodispersed which may lead to material loss. In this context, a post-synthetic size modification process known as digestive ripening is highly significant. In this process, addition of a capping agent to poly disperse colloid renders it highly monodisperse either under ambient or thermal conditions. In addition to size control, digestive ripening is also effective in controlling the structure of nanoparticles in colloidal solution comprising two different elements. Use of co-digestive ripening strategy in conjunction with solvated metal atom dispersion (SMAD) method of synthesis resulted in hetero structures such as core–shell, alloy, and composite nanoparticles. Despite the versatility of digestive ripening process, the underlying mechanism in controlling size and structure of nanoparticles are not understood to date. The aim of this thesis is to gain mechanistic insight into size control of digestive ripening as well as to investigate structure control in various binary systems. Objectives  Study digestive ripening of Au nanoparticles using various alkyl amines to probe the mechanism  Study co-digestive ripening of binary colloids consisting of two metals, Pd and Cu prepared separately by SMAD method  Study co-digestive ripening of binary colloids consisting of a metal (Au) and a semiconductor (CdS) prepared separately by SMAD method  Study vaporization of bulk brass in SMAD reactor and analyse phase, structure, and morphology of various Cu/Zn bimetallic nanoparticles obtained from bulk brass under various experimental conditions Significant results In chapter 1, fundamental processes of nanoparticle formation and common synthetic techniques for the preparation of monodisperse nanoparticles are briefly discussed. Chapter 2 presents a mechanistic study of digestive ripening process with regard to size control using Au nanoparticles as a model system. Three long chain alkyl amine molecules having different chain length were used as digestive ripening agents. The course of digestive ripening process was analysed by UV-visible spectroscopy and transmission electron microscopy. The experimental conditions such as concentration of digestive ripening agent, time, and temperature were found to influence the size distribution of nanoparticles. The average particle size was found to be characteristic of metal-digestive ripening agent combination which is considered as the optimum size preferred during digestive ripening under a given set of experimental conditions. This study discusses stabilization of optimum sized particles, surface etching, and reversibility in digestive ripening. Chapter 3 describes the synthesis and characterization of PdCu alloy nanoparticles by co-digestive ripening method. Syntheses of individual Pd and Cu colloids were carried out by SMAD method. Pd nanoparticles obtained using THF as solvent and in the absence of any capping agent resulted in an extended small Pd nanowire network assembly. Morphological evolution of spherical Pd nanoparticles from Pd nanowire network structure was observed with the use of capping agent, hexadecyl amine (HDA) in SMAD method. Co-digestive ripening of Pd and Cu colloids was studied at various temperatures. This study revealed temperature dependent diffusion of Cu atoms into Pd lattice forming PdCu alloy nanoparticles. Next, co-digestive ripening of a colloidal system comprising a metal and a semiconductor was explored. Au-CdS combination was chosen for this study owing to its interesting photocatalytic properties. Chapter 4 deals with the synthesis of Au and CdS nanoparticles by SMAD method and Au/CdS nanocomposite by co-digestive ripening. CdS nanoparticles of size 4.0 + 1.2 nm and Au nanoparticles of size 5.6 + 1.1 nm were obtained as a result of digestive ripening process. Au/CdS nanocomposite obtained by co-digestive ripening was characterized by a matrix-like structure made up of CdS nanoparticles in which Au nanoparticles were embedded. CdS nanoparticles were found to establish an intimate surface contact with Au nanoparticles and the matrix of CdS surrounding Au was developed via aggregation during digestive ripening. Chapter 5 describes a comprehensive study on various Cu/Zn bimetallic nanoparticles obtained from bulk brass. Vaporization of bulk brass in SMAD reactor led to a deploying process and further growth of nanoparticles from phase separated Cu and Zn atoms formed a composite structure. The characterization of Cu/Zn nanocomposite revealed covering of composite surface with Cu resulting in a core-shell structure, Cu/Zn@Cu. Post-synthetic digestive ripening of these core-shell composite particles showed diffusion of Zn atoms to the composite surface in addition to size and shape modification. Annealing of Cu/Zn nanocomposites prepared in THF resulted in α-CuZn alloy nanoparticles via sequential transformation through η-CuZn5, γ-Cu5Zn8, and β-CuZn (observed as marten site) phases.