Etude des propriétés d'un cristal liquide (8CB) confiné dans des nanopores unidirectionnels

The aim of this work is to study the effects of confinement on the properties of a thermotropic liquid crystal (8CB). The use of the columnar form of porous silicon and porous alumina membranes allows introducing a confinement along one preferred direction. We have shown by electronic microscopy that theses two porous materials present a quasi 1D organization of nanopores (mean diameter about 30 nm, length 30 μm). Moreover, porous silicon displays an inner disordered morphology of the pores surface, which induces, quenched random fields on the confined system.The polymorphism and the phase diagram of the 8CB were studied by calorimetry (DSC), Raman scattering and by neutrons diffraction. The phase sequence of the confined 8CB into porous alumina is very similar to that of the bulk, except at low temperatures, where a new metastable crystalline phase was evidenced. When confine into porous silicon, the behaviour of 8CB is tricky. The presence of quenched disorder in the nanopores prevents the N-SmA transition and leads to a continuous growth of a short range ordered smectic phase. At lower temperatures, the system crystallizes into various metastable phases, which were only observed under nano-confinement. Raman scattering and spectroscopic ellipsometry were used to evaluate the orientationnal order of the confined phase, which is strongly coupled to the 1D geometry of the nanochannels. Finally, we discuss the dynamics of 8CB either bulk and confined into porous silicon. Under confinement, the mobility of the molecules is particularly affected even at highest temperatures where the bulk 8CB is in the isotropic phase, suggesting that the interfacial molecular dynamics is strongly hindered.Ce travail est une étude des effets de confinement sur les propriétés d'un cristal liquide thermotrope (8CB). L'emploi de la forme colonnaire du silicium poreux ainsi que les membranes d'alumine poreuse a permis d'introduire un confinement suivant une direction préférentielle. Nous avons montré par microscopie électronique à balayage que ces deux matériaux poreux présentent une organisation fortement unidirectionnelle de l'ensemble des nanopores (diamètre moyen : 30 nm, longueur 30 μm). Le silicium poreux montre d'autre part une morphologie particulièrement désordonnée de la paroi interne des pores qui a permis d'induire des effets de champ aléatoire sur le système confiné. Le polymorphisme et le diagramme de phases du 8CB confiné ont été étudiés par calorimétrie à balayage (DSC), diffusion Raman et par diffraction de neutrons. La séquence de phase du 8CB confiné dans les alumines poreuses reste identique à celle du 8CB massif avec toutefois l'existence d'une phase cristalline métastable à basses températures. Le 8CB confiné dans le silicium poreux montre un comportement très différent. La présence de désordre aléatoire gelé dans les nanopores empêche la transition N-SmA et laisse place à une mise en ordre progressive d'une phase smectique dont l'ordre n'est plus qu'à courte portée. A plus basses températures, le système cristallise dans diverses phases métastables dont l'existence n'a pu être mis en évidence qu'en condition de confinement. L'ordre orientationnel des phases confinées a pu être décrit par diffusion Raman et par ellipsométrie spectroscopique. Ces deux techniques nous ont permis de mettre en évidence le fort couplage entre l'anisotropie des phases du cristal liquide et la géométrie 1D des nanocanaux.En dernier lieu, nous discutons de la dynamique du 8CB pur et confiné dans le silicium poreux déterminé par la diffusion quasiélastique de neutrons. En situation de confinement, la mobilité des molécules est particulièrement ralentie dès le domaine en température où le 8CB en volume est en phase isotrope, soulignant la profonde perturbation de la dynamique des couches interfaciales