Études ab initio de surfaces de cellulose cristalline et simulation mésoscopique de nanoparticules

Bourassa, Philippe (2014). « Études ab initio de surfaces de cellulose cristalline et simulation mésoscopique de nanoparticules » Mémoire. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en chimie.

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Résumé

La cellulose nanocristalline est un nouveau nanomatériau qui provient d'une ressource renouvelable, le bois. Ce matériau possède d'excellentes propriétés mécaniques et montre des phénomènes d'auto-assemblage spectaculaires, conduisant à la formation de suspensions liquides. Ces mêmes suspensions sont capables de former des phases cholestériques, un type de crystal liquide. L'objectif de cette maîtrise est donc d'augmenter les connaissances de la structure sur la surface des cristaux et d'établir des outils de simulations classiques, qui permettraient d'explorer les propriétés de la cellulose nanocristalline. Ce mémoire de maîtrise est construit comme suit. Le premier chapitre, tout d'abord, est consacré à la cellulose et aux méthodes de simulations moléculaires. Une attention particulière est portée aux méthodes DFT et mésoscopique, qui sont principalement utilisées dans ce travail. Le deuxième chapitre fait la synthèse de nos travaux effectués sur la cellulose cristalline à l'aide des méthodes DFT et est écrit sous forme d'article scientifique. Le troisième chapitre traite de la simulation mésoscopique de cellulose nanocristalline. Ultimement, ce mémoire contient une conclusion globale dans le quatrième chapitre. Dans notre étude à l'échelle quantique, nous avons tout d'abord testé diverses méthodes de calculs. Nos résultats indiquent que la fonctionnelle DFT B3LYP est une méthode efficace et adaptée à nos besoins. Ensuite, des petits modèles de cellulose cristalline sont modélisés à l'aide de cette fonctionnelle. L'énergie d'adsorption de l'eau et d'un cation sodium sur la surface est également calculée. Nos résultats indiquent que les deux surfaces hydrophiles de la cellulose ne sont pas équivalentes et que les énergies d'adsorption sont plus fortes sur la surface (1 1 0). Sur les surfaces qui contiennent des carboxylates ou des sulfates, on observe également un changement dans le réseau de liens hydrogènes intramoléculaires de la cellulose. Ensuite, un modèle mésoscopique de cellulose cristalline a été adapté pour la suite de logiciels de modélisation moléculaire. Le champ de force utilisé pour décrire la cellulose est alors testé pour son aptitude à reproduire la structure cristallographique de la cellulose. Le comportement ionique autour de la particule est aussi étudié. Les résultats obtenus à partir de dynamique moléculaire indiquent que la structure cristalline n'est pas totalement bien reproduite par rapport à la structure publiée. Cependant, le modèle mésoscopique semble capturer les interactions électrostatiques de façon qualitative puisque l'on observe que les particules chargées positivement se retrouvent plus près de la nanocellulose cristalline chargée négativement. Le développement de cet outil de simulation semble prometteur pour permettre le développement et l'étude de composites contenant ce nanomatériau. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cellulose, nanomatériau, modélisation moléculaire, DFT, mésoscopique

Type: Mémoire accepté
Informations complémentaires: Le mémoire a été numérisé tel que transmis par l'auteur.
Directeur de thèse: Robert, Sylvain
Mots-clés ou Sujets: Cellulose, Modélisation moléculaire, Nanomatériau, Physique mésoscopique, Théorie de la fonctionnelle de la densité
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département de chimie
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 04 déc. 2014 13:55
Dernière modification: 04 déc. 2014 13:55
Adresse URL : http://www.archipel.uqam.ca/id/eprint/6429

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