Laboratoire de caractérisation des particules et des microsurfaces

Le Laboratoire de Caractérisation des Particules et des Microsurfaces (LCPM) est extrêmement polyvalent car ses équipements et ses techniques disponibles peuvent couvrir un large éventail d'applications d'un grand intérêt dans des secteurs industriels stratégiques tels que les secteurs pharmaceutique, biomédical et chimique, et revêtent une importance particulière pour l'étude des matériaux de construction, la caractérisation des polymères, des adhésifs, des produits alimentaires, l'ingénierie des matériaux, la conservation et la restauration du patrimoine, les énergies renouvelables et le traitement et la réutilisation de l'eau, entre autres.

Le LCPM vise à couvrir une partie importante de la caractérisation microstructurale des surfaces et des solides pulvérulents de différentes natures en termes de taille des particules, de potentiel Z, de porosité, de distribution de la taille des pores et de surface spécifique.

Parmi les analyses des propriétés physico-chimiques des matériaux proposées par le LCPM, on trouve :

• Analyse granulométrique et potentiel zêta

La taille et la distribution des particules influent directement sur les propriétés des matériaux. LCPM propose les techniques suivantes :

• La diffraction laser permet de déterminer la distribution granulométrique (de 0,02 à 2 000 µm) en mesurant la variation angulaire de l’intensité de la lumière diffusée lorsqu’un faisceau laser traverse l’échantillon. Selon la quantité et la nature de l’échantillon, on peut utiliser un diffractomètre à sec ou à milieu humide.
• La technologie de diffusion dynamique de la lumière (DLS) repose sur les fluctuations d'intensité lumineuse causées par le mouvement brownien des nanoparticules dans un milieu liquide. Elle permet la mesure de la distribution granulométrique à l'échelle nanométrique (0,6–6 000 nm).
• Le potentiel zêta mesure l'intensité de la répulsion ou de l'attraction électrostatique (ou de la charge) entre les particules, par diffusion électrophorétique de la lumière (ELS). C'est un paramètre fondamental qui influence la stabilité. Sa mesure fournit des informations détaillées sur les causes de la dispersion, de l'agrégation ou de la floculation, et permet d'améliorer la formulation des dispersions, des émulsions et des suspensions.
• pycnométrie à gaz
  La densité d'un matériau solide est une propriété texturale essentielle, directement liée à ses propriétés physiques et à son application finale. Il existe de nombreuses méthodes de mesure de la densité des solides, selon le volume considéré. Cette technique mesure la densité du squelette solide à l'aide d'hélium comme fluide pycnométrique. Il s'agit d'un système automatisé et non destructif permettant l'analyse d'échantillons solides de toute nature (poudres, granulés, fibres, etc.) ainsi que d'échantillons semi-solides, à condition que leur pression de vapeur soit inférieure à 25 µm Hg.
• porosimétrie au mercure
  La porosimétrie à intrusion de mercure (MIP) est une technique utilisée pour évaluer la porosité, la distribution de la taille des pores et le volume poreux (entre autres propriétés) afin de caractériser une grande variété de matériaux solides. L'intrusion de mercure dans une substance repose sur l'équilibre de pression qui s'établit après l'introduction du mercure dans les pores, la taille des pores étant inversement proportionnelle à la pression appliquée. Cette technique permet de déterminer la taille des pores et leur distribution sur une gamme de pressions allant de 0,0036 à 360 µm, ainsi que les densités apparente et de tassement. Le processus inverse, l'extrusion, fournit des données supplémentaires, notamment la caractérisation des pores complexes. De plus, il permet d'obtenir d'autres propriétés telles que la perméabilité, la tortuosité, le volume poreux total, la porosité % et la fractalité.
• Adsorption physique des gaz
  L'adsorption physique de gaz et de vapeurs (adsorbats) sur des solides (adsorbants) est l'une des techniques les plus couramment utilisées pour étudier la texture poreuse des solides de tous types. Elle permet de déterminer des paramètres tels que la surface spécifique, le volume et la distribution de taille des micro- et mésopores.
  La surface spécifique indique la quantité de matériau disponible pour réagir avec d'autres particules et/ou le milieu environnant. Les particules à surface rugueuse ou poreuses présentent généralement une surface spécifique plus élevée. La surface spécifique est donc un outil fondamental pour étudier la cinétique du frittage et les propriétés du produit final.

Applications

Le Laboratoire de caractérisation des particules et des microsurfaces (LCPM) propose diverses applications d'un grand intérêt pour différents secteurs :

• Dans les secteurs axés sur la croissance verte, le développement durable et les énergies renouvelables, la caractérisation des catalyseurs utilisés dans la production de nouveaux carburants occupe une place prépondérante, contribuant ainsi à réduire la dépendance énergétique aux combustibles fossiles. Dans ce contexte, la détermination de la surface spécifique, de la porosité et de la surface chimiquement active est cruciale pour caractériser ces catalyseurs et évaluer leurs performances. Autre exemple : la caractérisation des nanoparticules présentes dans les systèmes énergétiques, tels que les panneaux solaires, les piles à combustible et les électrolyseurs. Il est alors essentiel d’établir un lien entre la microstructure de ces composants et leurs performances productives afin d’optimiser l’utilisation des ressources et d’améliorer l’efficacité énergétique.
• Secteur de la biotechnologie et de la biomédecine : la conception de stratégies technologiques pour le diagnostic et le traitement des maladies, fondées sur l’utilisation de matériaux, requiert une analyse à l’échelle submicronique. La détermination de la taille des particules dans les structures polymères et lipidiques, ainsi que la mesure du potentiel zêta, sont essentielles dans les études de libération de médicaments. Un autre exemple d’application est la caractérisation de nanoparticules magnétiques polymères pour des applications analytiques telles que les capteurs.
• Secteur de la restauration et de la conservation du patrimoine : l’action des microparticules, en tant qu’agents renforçant les propriétés anticorrosives des systèmes de protection des métaux, est étudiée par analyse granulométrique et caractérisation de surface. Cette analyse revêt une grande importance pour la conservation et la restauration des édifices architecturaux anciens présentant une forte valeur culturelle et touristique. L’analyse des pigments pour peintures et revêtements est également pertinente, car la distribution granulométrique influe sur le brillant, la texture et la saturation des couleurs.

Équipement:

• Analyseur de taille de particules et de potentiel Z Zetasizer Nano ZS de Malvern Instruments.
• Analyseur de granulométrie humide et sèche Mastersizer 2000 de Malvern Instruments. (1)
• Pycnomètre à gaz Micromeritics Accupyc 1330. (2)
• Porosimètre à mercure Micromeritics Autopore IV (2)
• Analyseurs de physisorption Gemini V et ASAP 2020 de Micromeritics.(3)
• Analyseur de physisorption 3Flex Micromeritics (4)

Financement

L'infrastructure de ce service a été partiellement financée par le Fonds européen de développement régional (FEDER) :

(1) Numéro de projet : UNLL08-3E-009

(2) Numéro de dossier : n° 091-030.I/04

(3) Numéro de dossier. n 090-029.I/04.

Et par le gouvernement des îles Canaries :

(4) Fonds de développement des îles Canaries (FDCAN). Projet Minerva Année 2024.