Caractérisation de structures complexes multi-échelle par une combinaison de cryoporométrie et relaxation RMN – CRYOMAP

Il existe récemment un intérêt croissant pour les systèmes poreux multi-échelles hétérogènes. Avec des tailles de pores s’étendant du nanomètre à quelques dizaines de micromètres, ces systèmes sont présents dans diverses applications telles que les formations argileuses utilisées comme barrière de diffusion, la catalyse hétérogène ou les électrodes de batteries. La relation transport-structure est cependant difficile à établir et les méthodes habituelles comme l’injection de mercure ou l’adsorption de gaz sont parfois inadaptées. La première est destructive, inadaptée aux matériaux poreux mous et n'est sensible qu’aux seuils de pores. La deuxième a bénéficié d’avancées significatives par le passé mais est limitée à la micro et méso-porosité et ne peut être appliquée que sur des matériaux séchés avec soin. La cryoporométrie RMN (CRMN) est connue pour ses capacités de mesure de la distribution de taille de pores incluant les macropores sur des matériaux hydratés mais est peu utilisée bien qu’elle possède de grands avantages. Son utilisation limitée est due principalement à l’absence de méthodologies d’interprétation avancées, et au coût des instruments RMN. L’objectif du projet est de montrer que l’information structurale contenue dans les mesures est aussi voire plus riche que celle obtenue par les autres méthodes et d’exploiter la combinaison avec des mesures de diffusion et relaxation RMN. Certaines expériences auront lieu sur des instruments bas-champ très peu couteux.
Les objectifs du projet sont les suivants :
(i) Etendre l’applicabilité de la méthode de cryoporométrie en construisant une base de données de liquides standards (par exemple saumure, octamethylcyclotetrasiloxane, liquides ioniques) décrivant les fonctions fondamentales dans les cycles de fusion et congélation applicable à une large gamme de matériaux. Cette approche augmentera la précision et la gamme de tailles de pores mesurables
(ii) Développer les bases théoriques et expérimentales pour extraire une information topologique par la mesure systématique des cycles complets et partiels de fusion/congélation, et la mesure de relaxation multidimensionnelle
(iii) De développer les filtres RMN liquide-solide adéquats pour des systèmes à temps de relaxation courts. Ces situations sont présentes dans des milieux poreux à application industrielle tels les batteries d’électrodes