Intégration entre chimie douce et fluides complexes pour la genèse d'architectures poreuses hiérarchisées : synthèses, caractérisations et application

Integration between soft chemistry and complex fluids toward hierarchicaly organized porous materials : syntheses, characterization and applications

• Auteur / Autrice : Florent Carn
• Direction : Rénal Backov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie de la matière condensée
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluides complexes

Émulsions

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Sol-gel

Poreux

Fluides complexes

Mousse

émulsion

Drainage

Tensioactif

Cathode

Résumé

Ce travail concerne la synthèse, la caractérisation et l'application de monolithes inorganiques à porosité hiérarchisée (macro-, méso- et/ou microporosités). Tout d'abord, nous avons développé deux procédés de synthèse originaux respectivement basés sur le confinement de réactions sol-gel dans la phase continue d'une émulsion ou d'une mousse. Nous avons établi de nouvelles relations entre texture finale du réseau macroporeux et certains paramètres physicochimiques, permettant ainsi la synthèse de matériaux d'architectures contrôlées. Les propriétés et fonctions issues de la microstructure ont pu être modulées par l'usage de différents types de précurseurs (alcoxydes de silicium ou de titane) ou de briques élémentaires (particules de SiO2, rubans de V2O5). Ensuite, les mécanismes régissant la croissance inorganique au sein d'une mousse ont été étudiés en considérant le drainage de solutions diluées de particules colloïdales aux échelles macroscopiques et locales. Nous avons montré que la région des noeuds est un lieu privilégié pour la formation d'agrégats et que la présence de particules induit une augmentation de la rigidité des interfaces. Un effet stabilisant des particules a été révélé et deux mécanismes de minéralisation, relatifs aux approches polymériques et particulaires, ont été proposés permettant ainsi de mieux comprendre le comportement de ces structures lors du séchage. Enfin, nous avons synthétisé des mousses composites V2O5-nanotubes de carbone dans une perspective d'application comme cathodes de batterie au lithium. Les résultats préliminaires mettent en évidence l'intérêt de ces matériaux sous réserve d'assurer une dispersion homogène des nanotubes.

This work deals with the synthesis, characterizations and applications of inorganic monoliths displaying a hierarchical porosity (macro-, meso- and/or microporosity). First, we developed two new synthetic approaches respectively based on sol-gel reactions confined within the continuous phase of either direct emulsions or foams. We established new relations between the final macroporous texture and some physicochemical parameters, which allow tuning the macroporous architecture. The properties and functions related to the scaffold's microstructure have been varied by using either different molecular precursors (silicium, titanium alkoxide) or nanobuilding blocks (SiO2 particles, V2O5 ribbons). Then, we studied the mechanism that governs the inorganic scaffold genesis inside the foam by considering the macroscopic and local drainage of diluted colloidal nanoparticles dispersions. We showed that nanoparticles aggregation preferentially occurs within the node region enhancing thus the interfacial rigidity. We revealed a nanoparticles stabilizing effect at low concentration and we proposed two mineralization mechanisms, toward respectively polymeric and particulate approaches, that allow a better understanding of the material's behaviour in drying condition. Finally, we have synthesized V2O5-carbon nanotubes foams to engineer positive electrode for lithium batteries. Preliminary results indicated that promising performance can be expected if the carbon nanotubes are homogeneously dispersed.