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Univ. Paris-Saclay
Matériaux nanoporeux obtenus par procédés sol-gel / Nanoporous materials obtained by sol-gel processes
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Des matériaux nanoporeux sont obtenus à partir d’alcoxydes métalliques (M (OR)xR’4-x, M = Si, Zr, R = CH3, C2H5, R’= fonction chimique ou chaîne fonctionnalisée) via le procédé Sol-Gel. Cette méthode douce de synthèse en milieux aqueux ou hydro-organique permet l’obtention de matrices transparentes de bonne qualité optique avec une porosité contrôlée et une distributions étroite de tailles de pores. Le procédé implique 2 étapes au cours desquelles ont lieu l’hydrolyse et la condensation.

  1. Hydrolyse des précurseurs
    (RO)x-M-R1-x + H2O → (RO)x-1R1-x-M-OH + ROH
  2. Condensation
    (RO)x-1R1-x-M-OH + HO-M-R1-x(RO)x-1 →  (RO)x-1R1-x-M-O-M- R1-x(RO)x-1 + H2O

Le réseau tridimensionnel se forme par l’établissement de ponts –M-O-M- ; le "Sol" (suspension colloïdale) devient un "Gel", qui se solidifie au cours d’un séchage en milieu inerte, avec un contrôle de la température et de l’humidité. Au cours de la synthèse, des catalyseurs (acide, base), agents structurants et molécules-sonde peuvent être ajoutés pour accélérer les réactions d’hydrolyse ou de condensation, structurer le réseau poreux ou encore  apporter de nouvelles fonctionnalités au matériau.

Ces matériaux peuvent prendre diverses formes : nanoparticules sphériques, films minces déposés sur substrats (verre, quartz, plastique, textile), blocs monolithiques (disque, tube cylindrique, parallélépipède). Les applications issues de ces matériaux sont nombreuses dans les domaines de la santé et de l’environnement.

 

Nanoporous materials obtained by sol-gel processes

Nanoporous materials are obtained from metal alkoxides (M (OR)xR’4-x, M = Si, Zr, R = CH3, C2H5, R’=  chemical function or functionalized chain) via the sol-gel process. This gentle method of synthesis in aqueous or hydro-organic media makes it possible to obtain transparent matrices of good optical quality with controlled porosity and a narrow pore size distributions. The process involves 2 stages during which hydrolysis and condensation take place.

  1. Hydrolysis of the precursors :
    (RO)x-M-R1-x + H2O → (RO)x-1R1-x-M-OH + ROH
  2. Condensation :
    (RO)x-1R1-x-M-OH + HO-M-R1-x(RO)x-1 →  (RO)x-1R1-x-M-O-M- R1-x(RO)x-1 + H2O

The three-dimensional network is formed by -M-O-M- bridges ; The Sol (colloidal solution) becomes a gel that solidifies during drying in an inert medium, with control of temperature and humidity. During the synthesis, catalysts (acid, base), structuring agents and probe molecules can be added to accelerate the hydrolysis or condensation reactions, to structure the porous network or to bring new functionalities to the material.
These materials can take various forms: spherical nanoparticles, thin films deposited on substrates (glass, quartz, plastic, textile), monolithic blocks (disk, cylindrical tube, parallelepiped). Applications from these materials are numerous in the areas of health and the environment.

 
#2882 - Màj : 01/08/2018

 

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