Interface-driven soft matter systems : from 2D particle crystallization and light-responsive assemblies to magnet-guided fluid transport
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Soft materials interacting at/with liquid interfaces are of great scientific interest because of the multiple weak forces at play that dictate their, often surprising, arrangement and behaviour. In this thesis, we studied novel phenomena and actuating principles for the control of the structure (organization) and dynamics (motion) of soft matter systems at liquid interfaces, from the directed assembly of thousands of solid particles, to the manipulation of small floating drops. We established the first method to both adsorb and crystallise nm- to µm-sized particles at air/water interface, evidencing a new role of surfactants to control two-dimensional (2D) particle organization at extremely low surfactant concentration. We then programmed such 2D assemblies in order to control particle organization with light stimulation, devising two innovative strategies. Using light-absorbing particles allowed us to construct reconfigurable ordered structures (light-controlled inter-particle distance and disassembly). With ordinary particles and photosensitive surfactant, we demonstrated a new kind of dissipative 2D crystals (light-induced organization through continuous consumption of energy). In parallel, we conceived a novel magnetic actuation method for the manipulation of small liquid entities (drops, liquid marbles) by means of deformable paramagnetic liquid substrates, shaping the liquid surface with small permanent magnets and in turn directing the motion of water and oil drops in a user-defined fashion.
Abstract FR:
Les matériaux mous impliquant des interfaces liquides présentent un grand intérêt scientifique en raison des multiples forces faibles en jeu qui dictent leur disposition et leur comportement, souvent surprenants. Dans cette thèse, nous avons étudié de nouveaux phénomènes et principes d'actuation pour le contrôle de la structure (organisation) et de la dynamique (mouvement) des systèmes de matière molle aux interfaces liquides, de l'assemblage dirigé de particules solides à la manipulation de gouttes flottantes. Nous avons établi une méthode pour adsorber et cristalliser des particules, de taille micro- ou nanométrique, à l'interface air/eau, mettant en évidence un nouveau rôle des tensioactifs pour contrôler l'organisation bidimensionnelle (2D) des particules à une concentration de tensioactif extraordinairement faible. Nous avons ensuite programmé ces assemblages en 2D afin de contrôler l'organisation des particules avec la lumière, en élaborant deux stratégies innovantes. L'utilisation de particules absorbant la lumière nous a permis de construire des structures ordonnées reconfigurables. Avec des particules ordinaires et des surfactant photosensibles, nous avons démontré un nouveau type de cristaux 2D dissipatifs (organisation induite par la lumière grâce à un apport constant en énergie). En parallèle, nous avons conçu une nouvelle méthode d'actuation magnétique pour la manipulation de petites entités liquides (gouttes, billes liquides) au moyen de substrats liquides paramagnétiques déformables, permettant de diriger, à l'aide de simples aimants permanents, le mouvement de gouttes d'huile ou d'eau.