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Présentation

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NINO (Nanomatériaux INOrganiques)

I. ÉLABORATION DE NOUVEAUX NANOMATERIAUX PHOTOSENSIBLES

Nous visons l’étude des processus élémentaires impliqués dans les procédés d’élaboration des matériaux inorganiques (oxydes métalliques) par voie sol-gel. La sensibilité photonique de ces matériaux dépend de leur morphologie et nécessite l’étude cinétique des processus de nucléation-croissance aux échelles moléculaires, nano et sub-microniques. Nous continuerons à développer trois types de nanomatériaux : (i) oxydes métalliques mixtes et co-dopés et (ii) nano-composites MN-TiO2 (M=Ag, Au) et (iii) hybrides organiquesinorganiques à base de TiO2. Nous étudierons l’influence de la dynamique de micromélange turbulent sur les cinétiques de nucléation-croissance et la morphologie de la phase inorganique de manière à assurer une monodispersité optimale comme dans le cas des matériaux inorganiques. Nous comptons utiliser des techniques de dopage pour modifier les systèmes hybrides existants afin d’accroître leurs rendements photochromes. Nous étudierons l’activité photocatalytique des nanoparticules de TiO2 immobilisées au sein des alumines ultraporeuses, fabriquées selon une technique originale développée dans l’équipe.

II. TRANSFORMATION DES MATÉRIAUX PAR IMPULSIONS LASER

Cette thématique consiste à utiliser des lasers pulsés pour provoquer une modification locale (de nature non-thermique) de propriétés d’un solide. Les applications visées peuvent résulter aussi bien du photochromisme réversible et de la polymérisation laser des matériaux hybrides que du changement morphologique à différentes échelles du matériau (micro- et nano-structuration). Les mécanismes électroniques de telles modifications restent inconnus. Pour les comprendre, les expériences de type pompe-probe et pompe-pompe seront installées.

III. SYNTHESE DE NANOPARTICULES A GRANDE ECHELLE

L’objectif est de lever le verrou que constitue la synthèse de nanoparticules à grande échelle, visant à préparer des pièces massives nanostructurées par compactage. Afin d’atteindre cet objectif un nouveau réacteur est en cours de développement. Il permettra de produire plusieurs grammes par batch de nanoparticules de nickel, de cobalt et de leurs alliages NixCo100-x dans la gamme de taille allant de 10 à 50 nm. L’objectif de ce travail est double. D’une part, il s’agit de trouver un régime de fonctionnement optimal, couplant l’expérience et la modélisation. D’autre part il s’agit dans une seconde étape d’étendre ce protocole de synthèse à d’autres systèmes de différentes compositions (ex. : oxydes) et morphologies (ex. : « core-shell »).

IV. NOUVELLES VOIES CHIMIQUES DE FABRICATION DE NANOMATERIAUX

Cet axe prolonge les activités de recherche en cours sur la synthèse de matériaux magnétiques anisotropes au moyen de méthode peu développée jusqu’à maintenant : la chimie douce assistée par un champ magnétique. Cette nouvelle voie est supposée apporter plusieurs avantages en comparaison avec les méthodes les plus employées actuellement. L’autre voie concerne la synthèse et l’étude des propriétés de nanocomposites « coreshell  » : le coeur est constitué d’oxydes magnétiques et/ou semi-conducteurs et la coquille est constituée par des polymères bioactifs. A côté des oxydes et métaux, la chimie douce utilisant les polyols comme milieu réactionnel permet également la synthèse d’une autre famille de composés fort intéressante notamment pour l’échange et donc la dépollution des eaux. Il s’agit des hydroxydes doubles lamellaires (LDH). Les LDH préparés en milieu polyol possèdent des performances d’échange nettement meilleures que les LDH élaborés par voie aqueuse. De plus ces matériaux sont obtenus sous forme de gel ce qui permet la fabrication de films et membranes, formes souvent recherchées pour les applications dans la dépollution.

V. SYNTHESE DANS DES CONDITIONS EXTREMES HT-HP-HD

L’objectif est d’étudier des processus physiques et chimiques de transformation des matériaux dans des conditions extrêmes d’hautes températures (HT : 5000K) et pressions (HP : 100 Gpa) afin d’obtenir de nouveaux composés et phases aux propriétés électroniques (optiques, magnétiques) et mécaniques (élasticité, dureté, stabilité thermique) avancées. Nous examinerons tout particulièrement des nouveaux nitrures de métaux de transition HPHT. Nous étudierons également un nouveau sujet émergeant qui concerne les modifications structurales et morphologiques de matériaux induites par une forte déformation mécanique (HD : shear strain/stress) en présence de HP. Une telle modification peut activer des processus diffusionnels sur des jonctions de grains permettant la nucléation-croissance d’une phase cristalline et une meilleure rétention d’un éventuel dopant au sein du matériau. Cette modification sera appliquée aux poudres nanométriques de TiO2 dopés à l’azote ; des applications en photocatalyse sous rayonnement visible sont visées.