Mobilité des ions dans des structures auto-assemblées ioniques – MoveYourIon

MoveYourIon est un projet de recherche fondamentale dédié à l’étude de propriétés clés de la matière molle fonctionnelle, en particulier l’impact du confinement nanométrique sur le transport ionique, un thème majeur en physique de la matière condensée. Le projet a pour objectif d’étudier les processus génériques de la mobilité ionique dans des structures auto-assemblées modèles. Nous explorerons de manière systématique la relation entre l’architecture chimique (nature de l’anion et du cation, longueur de chaînes, hydratation), la morphologie et les propriétés de transport/transfert ionique dans des cristaux liquides ioniques thermotropes et leurs analogues polymérisés, obtenus par traitement thermique ou irradiation UV. Nos résultats préliminaires concernant la synthèse, la nanostructure et la dynamique ionique, ont établi que cette famille de matériaux modèles permet est idéale pour moduler la taille et la dimensionnalité du réseau ionique (1D, 2D et 3D). Nous proposons de caractériser la dynamique multi-échelle des ions fortement confinés dans les nanocanaux sur dix décades d’échelles de temps et d’espace en combinant des techniques avancées : la diffusion quasi-élastique des neutrons (échelle moléculaire), les simulations de Dynamique Moléculaire (échelles moléculaire et nanoscopique), des techniques avancées d’Impédance Electrochimique (échelle mesoscopique), la relaxometrie RMN (échelle mesoscopique), la RMN à gradients de champs (échelle microscopique), et les mesures de conductivité (échelle macroscopique). Avec cette approche multi-échelle et multi-techniques, nous ambitionnons de décrire les mécanismes complexes de la diffusion pour une série de cations monovalents (H+, Li+, Na+, Cs+) et divalents (Mg2+, Ca2+), qui présentent un intérêt dans le domaine de l’énergie, l’environnement, les nano- et biotechnologies. Ainsi, le projet MoveYourIon identifiera les facteurs clés permettant de contrôler, prédire et optimiser le transport ionique, et fournira les briques de compréhension élémentaire requises pour optimiser l’usage de matériaux ioniques nanostructurés en tant qu’électrolytes, membranes sélectives ou films pour biocapteurs.