suspensions nématiques de goethite

Bruno Lemaire, étudiant en thèse
J.Ferré, L.Fruchter, J.P.Jamet, D.Petermann
Lab. de physique des Solides, Bât. 510, UPS Orsay
J.P.Jolivet, Lab. Chimie de la Matière Condensée
Univ. Paris 6-Jussieu
I.Dozov, D.Stoenescu, Société Nemoptic
P.Panine, European Synchrotron Radiation Facility
Les remarquables propriétés magnétiques des
suspensions nématiques de goethite (α−FeOOH)

Plan
• Introduction sur les cristaux liquides minéraux
• Synthèse et caractérisation des nanoparticules de goethite
• Les suspensions de goethite forment un cristal liquide
Diffusion des rayons X et structure
Modèle d’Onsager
Simulations numériques
• Des propriétés magnétiques étonnantes
Forte susceptibilité magnétique
Réorientation sous champ magnétique
• Phase isotrope sous champ magnétique
Mesure de la biréfringence
Rappel historique
Interprétation
• Phase nématique sous champ magnétique
Transition de Frédériks
Instabilité de réorientation
• Phase colonnaire
• Problèmes et perspectives
•Conclusion

Cristal liquide lyotrope nématique
• Suspension de particules anisotropes
• orientation collective
Caractérisation de l'orientation :
• Distribution d’orientation f(θ)
• paramètre d'ordre S=(3<cos2θ> −1)/2
1er moment non nul de f(θ)
Cristal liquide lyotrope : contrôlé par la concentration
T
fraction volumique φ
isotrope
coexistence
(isotrope
+
nématique)
nématique
~0 °C
~100 °C
isotrope nématique
directeur
θ
S entre 0 et 1
S = 0 S entre - 0,5 et 0
« antinématique »
(cas d’école)
directeur

Les cristaux liquides minéraux
Suspensions d’objets minéraux anisotropes :
• Polymères rigides (Li2Mo6Se6, imogolite)
• Rubans demi-flexibles (V2O5)
• Plaquettes (argiles, gibbsite, H3Sb3P2O14)
• Cristallites en forme d’aiguilles (boehmite) : système modèle
pour la physique de l’ordre nématique
Des phases cristal-liquides nématique, lamellaire et discotique
hexagonale formées de minéraux ont déjà été observées.
Intérêt : cristaux liquides très différents des systèmes
organiques usuels par leur constitution chimique
Applications : Dans l’industrie, sans le savoir (Kodak) ou, plus
académique, détermination de la structure des protéines par
RMN (le milieu ne donne aucun signal)
Perspectives: utilisation des propriétés électroniques des
éléments de transition (magnétisme, conductivité …)

Synthèse de la goethite par
chimie douce
précipité puis
particules de goethite
croissance des particules
contrôle de la taille
(pH=11, 10 jours)
cristal liquide : concentration de la suspension
Collaboration avec Jean-Pierre Jolivet et Agnès Pottier
(Laboratoire de chimie de la matière condensée, Jussieu)
isotrope
nématique (5 mL)
stabilité colloïdale (éviter agrégation) :
lavage et passage en
milieu acide (HNO3)
A pH=3, charge de surface
maximale
NaOH
Fe(NO )
33
précipitation
(400 mL)