Matériaux hybrides organique/inorganique multifonctionnels à structuration hiérarchique obtenus par voie sol-gel et/ou auto-assemblage

par Mariana Sofia Peixoto Fernandes

Thèse de doctorat en Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Michel Wong Chi Man et de Verónica, de Zea Bermudez.


  • Résumé

    Cette thèse décrit la préparation de matériaux hybrides organiques-inorganiques aux propriétés ciblées. Dans la première partie de ce travail, le procédé sol-gel a été couplé aux techniques d'auto-assemblage pour la préparation de matériaux hybrides organiques-inorganiques. Cette combinaison est d'un grand intérêt, non seulement d'un point de vue fondamental, mais aussi parce qu'elle permet la production de nouveaux matériaux hybrides fonctionnels à structuration hiérarchique. Deux familles ont été étudiées, avec deux types de liens : urée ou uréthane. L'influence de paramètres tels que la longueur des chaînes alkyle et alkylène et le solvant sur la nanostructure a été analysée. Le comportement hystérétique d'une classe des matériaux à liens uréthane a été exploité. Dans la seconde partie de ce manuscrit, le procédé sol-gel a été utilisé pour préparer des électrolytes hybrides organiques-inorganiques composés de biohybrides siloxane/poly(e-caprolactone) à liens uréthane, contenant des proportions fortement variables de triflate de potassium dans un cas, et un mélange de triflates de lithium et d'europium dans l'autre exemple. Dans les deux cas, des prototypes de dispositifs électrochromes ont été construits, avec une structure sandwich constituée de quatre couches comprenant deux couches externes formées de films d'oxyde conducteur transparent, un film électrochrome d'oxyde de tungstène (WO3) et une couche active conductrice d'ions constituée des échantillons d'ormolyte. Les transmittances optiques moyennes, les contrastes de couleur et les temps de réponse associés aux processus de coloration/décoloration ont été déterminés. Le changement de couleur a été quantifié dans le prototype à base du mélange Li/Eu.Le carbonate de calcium (CaCO3) est un composé minéral très important dans la Nature, qui peut exister sous six formes polymorphiques différentes. Parmi elles, la phase amorphe (ACC) métastable est utilisée par beaucoup d'organismes comme intermédiaire transitoire pour former des objets composés de monocristaux de calcite ou d'aragonite à morphologie élaborée. L'ACC a un potentiel inédit dans le domaine de l'orthopédie étant donné sa vitesse de croissance, son caractère immunogène et les propriétés mécaniques des os qui en dérivent. Dans cette étude, nous avons utilisé une méthode de synthèse faisant appel à la poly(vinylpyrrolidone) pour retarder la cristallisation de l'ACC et à plusieurs liquides ioniques et tensio-actifs pour changer la morphologie de calcite.

  • Titre traduit

    Multifunctional hierarchically-structured organic/inorganic hybrids prepared through sol-gel and/or self-assembly


  • Résumé

    This thesis is focused on the preparation of organic-inorganic hybrid systems with targeted properties. In the first part of the work, the sol-gel process and self-assembly techniques were employed for the preparation of organic-inorganic hybrid materials. This combination is of great interest, not only from the fundamental point of view, but also because it allows the production of novel functional and hierarchically structured hybrid materials. Two families of materials were obtained, featuring two different types of cross links: urea and urethane. The influence of parameters such as the alkyl and alkylene chain length and the solvent on the nanostructure was analyzed. In the second part of the work the sol-gel method was used to prepare organic-inorganic hybrid electrolytes composed of novel di-urethane cross-linked poly(e-caprolactone)/siloxane biohybrids incorporating a wide range of potassium triflate concentration in one example and a mixture of lithium triflate and europium triflate in the other example. In both cases prototype ECDs have been constructed using a four layer-sandwich configuration comprising two outermost layers composed of transparent conducting oxide (TCO) films, an EC film of tungsten oxide (WO3) and an IC active layer of selected ormolyte samples. The average optical transmittance, colour contrast, optical density and device response time associated with the colouring/bleaching processes have been determined. The colour change has been quantified in the prototype based on the Li/Eu mixture. Calcium carbonate (CaCO3) is an important biomineral in Nature, that can exist in six different polymorphic forms. Among them, the metastable amorphous CaCO3 phase (ACC) is used in many organisms as a transient intermediate to form single crystals of calcite and aragonite with elaborate shapes. ACC has a tremendous potential in the orthopedic field. Herein we have employed poly(vinylpyrrolidone) to retard the crystallization of ACC. In addition, several ionic liquids and surfactants were employed to tune the morphology of calcite.


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