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Accueil > Équipes > NINO > Opérations de Recherche > Elaboration de nanomatériaux catalytiques et photosensibles (OR1)

Elaboration des matériaux hybrides organiques-inorganiques à base de nanoparticules

par Mamadou Traore - publié le

L’objectif de cette opération est la mise en place d’un procédé d’élaboration fiable et reproductible de matériaux hybrides oxo-TiO2-pHEMA hautement photosensibles (photochromes). Nous développons l’approche NBB (nanobuilding blocks), où les travaux précédents ont été principalement focalisés sur des clusters oxo-alkoxy Ti16, Ti8 et Ti6. Les nanoparticules (NP) présentent une alternative prometteuse. Effectivement, nous avons démontré, que la sensibilité optique de ces matériaux dépend fortement de sa morphologie à l’échelle nanométrique. En particulier, l’efficacité de la photoréduction Ti4+->Ti3+ des clusters est assez faible par rapport à celle des gels colloïdaux. Ceci suppose l’existence d’une taille optimale des unités élémentaires des matériaux hybrides.

Nous fabriquons des nouveaux hybrides pHEMA-TiO2 par un procédé qui inclue trois étapes principaux : (1) poly-condensation inorganique, (2) échange de ligands surfaciques et (3) polymérisation organique. Chaque étape de préparation fait partie des études approfondies. Les unités d’une taille sélective de 5,2 nm sont fabriquées dans le réacteur sol-gel présenté ci-dessus. L’échange de ligands conduit au précurseur nanoparticulate stable ; la concentration des NPs dans le polymère peut être ajusté à se stade. Sa polymérisation organique est conduite généralement à l’aide d’un initiateur ajouté dans le HEMA, ce que pose de problème de la pureté du produit final. Afin d’éliminer ce contraint, nous avons mise en œuvre, en cours des dernières années, une nouvelle méthode pour réaliser des hybrides organique-inorganique chimiquement ultrapurs.

Dans ce nouveau procédé HPR (High-Pressure Ramp), développé en collaboration des OR1, OR3 et OR4 de l’équipe, nous avons réussi à séparer les phases d’initiation et de propagation la réaction de polymérisation. Dans une première étape l’échantillon est compressé au-dessus de 6.5 GPa, des biradicaux HEMA2•• sont formés à partir de monomères excités électroniquement. À cette pression les contraintes stériques empêchent la formation de plus longes oligomères. La polymérisation ne se produit que dans une seconde étape lorsque l’échantillon, décompressé entre 0.1 et 2 GPa, se retrouve en phase liquide. Le taux de conversion des monomères dépasse alors 90 % en moins de 5 min. Le procédé est illustré sur la Figure 3. Les mesures de chromatographie d’exclusion stérique montrent la formation de longues chaines polymère (45000g/mol) et soulignent l’absence des dimères (HEMA)2 ayant servis d’initiateurs de polymérisation. Les matériaux hybrides TiO2-pHEMA élaborés par le processus HPR permettent de recevoir des concentrations de la composante inorganique très élevées, supérieures à 6 mol/l, qui est proche de la capacité maximale de 11 mol/l (rangement FCC de sphères). Les hybrides obtenus conservent de bonnes propriétés mécaniques et possèdent une haute sensibilité photonique.

Figure 3 : Schema de préparation des hybrides organiques-inorganiques ultrapurs base sur un processus innovant HPR (Hgh Pessure Rmp). Une polymerization radicalaire de monomère HEMA est conduite sans aucun addifif (initiateur de polymérisation).