« Étude par les techniques avancées de microscopie électronique en transmission de matériaux fragiles »
Cette thèse a porté sur des développements innovants en microscopie électronique pour identifier et débloquer les verrous méthodologiques dans l’analyse de matériaux hybrides et complexes se dégradant rapidement sous irradiation électronique. Dans cette voie nous avons implémenté la Cryo-TEM et des techniques de préparation spécifiques adaptées à chaque matériau. Ensuite, nous avons mis en place de nouveaux protocoles d’observation tel que le mode « lowdose » ou encore la méthode de vitrification appliquée aux matériaux hybrides ou composites. Ces développements ont donné accès aux caractéristiques morphologiques, chimiques et structurales de classes de matériaux jusqu’ici inaccessibles à la microscopie électronique.
Par ces approches, l’architecture des matériaux hybrides à base de carbone fonctionnalisé a pu être mise en évidence. Ensuite, par la Cryo-STEM quantitative, nous avons pu montrer la variation subnanométrique de la distance lamellaire dans une pérovskite en fonction du type et du positionnement de molécules ou de complexe insérés. Puis, l’usage du mode de cartographie chimique à permis l’identification des caractéristiques de l’interface entre deux cristaux moléculaires et donc des interactions et des échanges associés. Le couplage des observations en modes Cryo et tomographique a permis de quantifier la fonctionnalisation d’une structure « MOF » par des nanoparticules inorganiques. La dernière partie a été dédié à l’étude in-situ de la nucléation et de la croissance de nanoparticules d’oxyde de fer dans une réaction de décomposition thermique. Dans ce cas, le mode environnemental liquide a fourni une description dynamique « directe », sans précédent, de la pré-nucléation de nanoparticules.
Abstract :
» The present manuscript shows the importance of methodological and technical development to identify and to unblock locks preventing the analysis of hybrid and complex materials that undergo degradation under electron beam irradiation. We have shown that beam-induced damage to the sample only appears above some specific threshold of current density. Such a threshold depends on the nature of the material and on its morphological and structural characteristics. These developments in synergy with the use of Cryo-EM, allowed us to expose the architecture of carbon-based hybrid materials, measure the variation of the lamellar distance in a perovskite according to the molecular spacer and to the positioning of the metal, identify the interactions at the interface between two molecular crystals, and the 3D quantification of the functionalization within a MOF. Lastly, we brought to light the processes of nucleation and growth of iron oxide by in-situ liquid phase TEM.
La soutenance a eu lieu au Palais universitaire de Strasbourg, familièrement appelé « palais u », est un bâtiment de style néo-Renaissance, construit entre 1879 et 1884 sous la direction de l’architecte Otto Warth et inauguré par l’empereur Guillaume Ier de Prusse en 1884.
