Corrélations structure/propriétés de conduction ionique dans des matériaux hybrides siloxane-poly(oxydepropylène) dopés par des sels de sodium et de potassium

Correlations between the structure and the ionic conductivity properties for hybrid materials siloxane-poly(propylene oxide) dopped with sodium or potassium alkaline salts

• Auteur / Autrice : Juliano Chaker
• Direction : Patrick Judeinstein, Celso Valetim Santili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11 en cotutelle avec Universidade Estadual Paulista, Brésil
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) - Institut de chimie d'Araraquara

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux hybrides

Raman

Electrolytes

Rmn-mas

Résumé

Les matériaux hybrides siloxane-poly(oxyéthylène) (PEO) ou siloxane-poly(oxypropylène) (PPO) obtenus par le procédé sol-gel présentent un grand intérêt scientifique et technologique du fait de l'interpénétration des réseaux inorganique et organique à l'échelle nanométrique. Lorsque ces matériaux hybrides sont dopés avec des sels alcalins, ils présentent une conductivité ionique élevée, similaire aux polymères conducteurs ioniques (10-4 S/cm), tout en présentant des propriétés mécaniques et optiques bien meilleures. Une des limitations de tous ces matériaux est le manque de connaissance sur la nature des espèces mobiles (ions libres ou solvatés, paires ou agrégats d'ions) responsables de la conduction. Afin d'améliorer encore les propriétés ioniques, la connaissance de la nature et de la structure locale autour des ions mobiles est donc fondamentale. En d'autres mots, l'objectif de ce travail est d'établir des corrélations entre la structure locale des porteurs de charge (coordinence, sphère de solvatation) et les aspects électriques macroscopiques (conduction ionique). Notre approche consiste donc à analyser l'ordre local autour des sels dissous par les spectroscopies d'absorption de rayons X (XANES, EXAFS), de Raman et de RMN afin de corréler ces mesures aux paramètres de conduction ionique. L'établissement de telles relations structure/propriétés aux différentes échelles spatiales est évidemment un des points clé pour optimiser de tels matériaux.

Siloxane-poly(oxi propylene) (PPO) or Siloxane-poly(oxi propylene) hybrid materials prepared by the sol-gel route show increasing scientific and technological interest due to its particular structure in which the polymer chains are grafted to the inorganic nanoparticules. When doped within alkaline salts these hybrids present ionic conductivity similar to that of ionic conductive polymers (10-4 S/cm), and both their mechanical and optical properties are improved. However, the nature of the mobile species, are responsible for there conductivity (free ions, ion-pairs, aggregates) is not well established. So that the knowledge of the nature and the local structure around the mobile ions is the challenger to improve the ionic properties. The but of this work was to establish the correlations between the local structure around the charge carriers (coordination shell, solvation sphere) and the macroscopic conductivity. To reach this objective the local structure was probed by X ray absorption (XANES and EXAFS), Raman and NMR spectroscopy and the results related to that obtained from conductivity measurements.