Les polymères comme matériaux désordonnés : l'apport de la diffusion de neutrons

Abstract

Résumé: Les polymères à l'état amorphe, liquide ou vitreux forment des matériaux désordonnés aux propriétés spécifiques. Les larges gammes de distance impliquées, locale, semi-locale, intermédiaire, globale, de t à 500 nm font de la Diffusion de Neutrons aux Petits Angles (DNPA°, mais aussi de la diffusion inélastique par temps de vol et écho de spin, et de la réflectivité des outils d'étude privilégiés. Nous détaillerons le cas de la chaîne gaussienne dans le fondu, sa statique et sa dynamique à l'état libre puis le cas de la chaîne vermiforme. Nous considérerons ensuite les solutions en bon solvant, en statique et dynamique, les solutions de polyélectrolytes, l'enchevêtrement et la reptation, les réseaux et gels de chaînes réticulées. Ce qui nous amènera à des exemples de diffusion par des objets déformés, ou sous écoulement (rhéo-DNPA). Nous décrirons brièvement le cas de systèmes mixtes et les avantages de la variation de contraste, ainsi que l'étude des interfaces par DNPA ou par réflectivité. Il est évident pour tous que les polymères ont une grande importance en tant que matériaux, structuraux ou à haute valeur ajoutée, dans la vie quotidienne (construction, transport, sport) ou dans les applications biologiques et médicales, en masse-c'est-à-dire sans solvant, comme dans les « matières plastiques », ou en solution, dans l'eau en particulier.Les polymères sont constitués de séquences d'éléments chimiquement identiques (Figure 1). En masse ils peuvent, lorsque leur enchaînement est suffisamment régulier (isotactique, ou syndiotactique), former des zones cristallisées coexistant avec des zones amorphes (à cause des réarrangements complexes des chaînes impliqués dans le processus de cristallisation) dans une structure semi-cristalline. Cela concerne de nombreux matériaux industriels, mais nous ne considérerons ici que le cas amorphe, illustré par le cas simple des non stéréoréguliers. 2 Polymères amorphes un matériau désordonnéLes polymères amorphes sont un exemple particulier de matériaux désordonnés : ils présentent un état liquide et un état vitreux selon la température, avec dans les deux cas une structure identique à celle des liquides ou des verres moléculaires, d'un certain point de vue lié à l'échelle locale essentiellement. D'un autre point de vue, lié à des tailles plus grandes que les polymères impliquent, les chaînes présentent une conformation et arrangement