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SUMMARY:Modeling photonastic materials: from the molecular to the supramolecular scale
DESCRIPTION:Présentée par Marta Serrano Martínez\nDirigée par Aurélie Perrier et co-encadrée par Claire Lemarchand\n \nRésumé\nLa photonastie, illustrée par les mouvements des plantes comme Oxalis triangularis, inspire la conception de matériaux convertissant la lumière en mouvement mécanique. Une stratégie intègre des molécules photochromes dans une matrice polymère souple pour activer des déformations réversibles sous irradiation. Les azobenzènes se distinguent par leur photoisomérisation efficace entre formes trans et cis, avec des changements structuraux et électroniques importants. Un film combinant 4,4’-dihydroxyazobenzène (AZ-OH) et chitosane se plie sous lumière UV et reprend sa forme sous lumière visible. Cette thèse étudie un système modèle d’AZ-OH dispersé dans une matrice amorphe de polybutadiène via des simulations de dynamique moléculaire. La conformation d’AZ-OH a été caractérisée dans trois environnements : tétrahydrofurane (THF), matrice polybutadiène (PB) et version hydroxylée (PBOH), sans irradiation. Des différences légères apparaissent entre isomères cis et trans, avec liaisons hydrogène dans THF et PBOH mais absentes dans PB. AZ-OH n’affecte pas la taille ni la conformation moyenne des chaînes. Un protocole simulant la commutation dynamique entre états excité (S1) et fondamental (S0) modélise la photoisomérisation et relaxation dans PB. Une seule molécule ne génère pas d’effet mécanique détectable. La nature des interactions influence la réactivité : la liaison covalente ralentit la conversion trans → cis par rapport aux liaisons hydrogène ou van der Waals, tandis que la réaction inverse reste rapide. L’étude de systèmes multi-photochromes montre que l’augmentation de leur concentration modifie densité, rigidité et viscosité, sans différence nette entre isomères trans et cis. Ces résultats suggèrent d’explorer des matrices plus rigides ou photochromes plus volumineux pour optimiser la réponse photomécanique.\nAbstract\nPhotonasty, illustrated by the mouvement of plants like Oxalis triangularis, inspires materials that convert light into mechanical motion. One approach integrates photochromic molecules into\na soft polymer matrix to trigger reversible deformations under irradiation. Azobenzenes efficiently photoisomerize between trans and cis forms, with significant structural and electronic changes. A film combining 4,4’-dihydroxyazobenzene (AZ-OH) and chitosan bends under UV light and recovers under visible light. This thesis studies a model system of AZ-OH dispersed in an amorphous polybutadiene matrix via molecular dynamics simulations. AZ-OH conformation was characterized in three environments: tetrahydrofuran (THF), polybutadiene (PB), and hydroxyl-functionalized PB (PBOH), without irradiation. Slight differences appear between cis and trans isomers; hydrogen bonding occurs in THF and PBOH but not PB. AZ-OH does not significantly affect polymer chain size or conformation. A simulation protocol modeling dynamic switching between excited (S1) and ground (S0) states captures photoisomerization and relaxation in PB. A single molecule produces no detectable mechanical effect. Interaction type affects reactivity: covalent bonding slows trans → cis conversion compared to hydrogen bonding or van der Waals, while the reverse remains fast. Studying multi-chromophore systems shows increased concentration alters density, rigidity, and viscosity, without clear differences between trans and cis isomers. These results suggest exploring stiffer matrices or bulkier photochromes to improve photomechanical response.\n \n\n
URL:https://liedlab.net/events/modeling-photonastic-materials-from-the-molecular-to-the-supramolecular-scale/
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CATEGORIES:Evènements scientifiques,Soutenance de thèse
LOCATION:10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris
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