Advances in Ionic Polymeric Materials and Related Interaction Mechanisms Insights
Avancées dans le domaine des matériaux polymériques ioniques et de la compréhension des mécanismes d'interaction ionique associés
Résumé
Ionic polymeric materials offer a large range of physico-mechanical properties and stimuli-responsiveness. While many ionic polymeric materials are already existing in the literature, corresponding studies often focus on either the design and characterization of future materials that exhibit unique features or the establishment of theoretical models that explain the ionic exchange mechanisms within simple materials to predict material performances, but these approaches rarely consider to simultaneously delineate superior ionic material potential and correlate them with the dynamics and reversibility of ionic interactions. Still, a lack of understanding about the ionic reversible exchanges limits the expansion of ionic polymeric materials to more advanced domains. Thereby, it is necessary to enlighten the origin of dynamic mechanisms within complex ionic-based polymeric materials in order to optimize the overall properties by coordinating the two previous approaches. Accordingly, the main objective of this thesis relies on the design of various ionic polymeric materials and the understanding of ionic interaction dynamics ruling their recorded superior performances. Two polymeric systems respectively based on particle-polymer and polymer-polymer reversible interactions are presented to extend the comprehension of ionic interactions and evaluate their underlying dynamic mechanism respectively within ionic nanocomposites and polyampholytes. Overall, key-parameters governing materials stimuli-responsiveness as well as the explanation of the role of ionic reversible exchanges on material performances are discussed in the present work.
Les matériaux polymériques ioniques offrent une large gamme de propriétés physico-mécaniques et de réactivité à divers stimuli. Bien qu’un grand nombre de matériaux polymériques ioniques existent déjà dans la littérature, les études associées se concentrent souvent soit sur le design et la caractérisation des propriétés uniques de ces matériaux, soit sur la mise au point de modèles théoriques expliquant les mécanismes des échanges ioniques afin de prédire les futures caractéristiques du matériau. Toutefois, ces approches n’associent que rarement la dynamique et réversibilité des interactions ioniques aux performances supérieures des matériaux ioniques. Ainsi, la faible compréhension des échanges réversibles ioniques limite toujours l’expansion des matériaux polymériques ioniques vers de nouveaux domaines. Il est donc nécessaire de clarifier l’origine des mécanismes dynamiques au sein de ces matériaux complexes afin d’optimiser leurs propriétés en combinant les deux approches précédentes. Par conséquent, l’objectif principal de cette thèse consiste en la conception de divers matériaux polymériques ioniques et en la compréhension de la dynamique des interactions ioniques régissant les performances supérieures observées. Deux systèmes polymériques basés sur des interactions polymère-particule et polymère-polymère sont étudiés afin de mieux comprendre les interactions ioniques et évaluer leurs mécanismes dynamiques respectivement au sein de nanocomposites ioniques et polyampholytes. Dans l’ensemble, les paramètres clefs gouvernant les réponses aux stimuli ainsi que l’explication du rôle des échanges ioniques sur les performances du matériau sont discutés dans ce travail.
