Transport electrocinétique dans des films liquides nanométriques, proche de surfaces conductrices et activables – SoftNanoflu

L’étude du transport de liquide aux nano-échelles connait un véritable essor. En effet, les écoulements aux nanoéchelles sont rencontrées lorsque du liquide s’écoule dans des membranes dédiées, avec des applications importantes pour la récupération d’énergie, la desalinisation ou la purification de l’eau, la nanofiltration… Alors que pour un confinement modéré (>10 nm) et des membranes faites de matériaux classiques (silice, oxydes…), les mécanismes de transport sont plutôt bien compris, des expériences récentes dans la littérature, mettant en jeu des écoulements de liquide dans des nanotubes, des nanopores, des nanofentes, ont montré des résultats inattendus, rendant potentiellement les propriétés des membranes nanofluidiques beaucoup plus efficaces. Il semble que ces nouveaux phénomènes, encore largement incompris, sont mis en jeu pour du liquide ultraconfiné (<1-5 nm), et proche de surface solide électroniquement conductrices (graphène en particulier). Cependant, les défis expérimentaux que relèvent ces quelques expériences sont tels qu’aucune étude systématique des effets du confinement et du matériau n’a pu être effectuée.
Nous proposons ici de combler ce manque, en utilisant d’autres types de dispositifs nanofluidiques, faciles à fabriquer et intrinsèquement nanométriques : (i) des films de savon suspendus, et (ii) des films de mouillage s’adsorbant à la surface d’un substrat en milieu humide.
Pour accéder aux effets des propriétés électroniques des interfaces, nous synthétiserons de nouveaux tensioactifs ayant des propriétés de conduction électronique tout en permettant de stabiliser les films de savon. Les films de mouillage condensés nous permettront eux d’atteindre continument, en variant l’humidité du milieu, un confinement extrême (<0,5 nm). Ils pourront être condensés sur des matériaux mono-feuillet aux propriétés électroniques également intéressantes. Nous concevrons enfin des matériaux activables par la température ou la lumière. En effet, l’activation des interfaces pour augmenter le transport nanofluidique nous permettra d’envisager des applications mélangeant différentes sources pour une récupération d’énergie plus efficace. Sur tous ces systèmes, des expériences dédiées seront effectuées pour sonder les propriétés de transport couplées dans le liquide.
Grâce à cette approche, nous aurons une meilleure vision du rôle des propriétés électroniques des matériaux au contact du liquide ainsi que l’effet du confinement sur le transport dans les liquides aux nano-échelles, et ainsi concevoir des systèmes nano-fluidiques optimisés pour les applications de récupération d’énergie.