III.3.Synthèse par voie humide (solution):
La méthode humide permet un contrôle précis
des propriétés physiques et chimiques des poudres et des
précurseurs avec, autre avantages, l'accentuation de :
-l'homogénéité.
-l'uniformité de la forme des particules.
La méthode humide inclut : co-décomposition,
processus sol-gel, co-précipitation, vaporisation de la glace,
pulvérisation et pyrolyse. [11]
III.3.1 Procédé sol-gel :
Parmi les différentes méthodes utilisées
pour la synthèse de matériaux, le procédé solgel
est particulièrement bien adapté à la fabrication de
matériaux homogènes, sous forme de poudres et de films. Lors
d'une synthèse par voie sol-gel, les précurseurs
moléculaires contenus dans la solution de départ (« le sol
») polymérisent suivant divers mécanismes et forment un
réseau d'oxydes (« le gel »). Une étape de
séchage suivie de traitements thermiques permet d'éliminer les
composés organiques pour former le matériau oxyde inorganique.
Cette technique présente de nombreux avantages. Parmi les plus
significatifs, citons la très grande pureté et
l'homogénéité des solutions liées au fait que les
différents constituants sont mélangés à
l'échelle moléculaire en solution, les contrôles de la
porosité des matériaux et de la taille des nanoparticules, les
traitements thermiques requis à basses températures ainsi que la
synthèse de matériaux inaccessibles par d'autres techniques.
Notons cependant que ce procédé génère un
rétrécissement du matériau lors du traitement thermique et
nécessite l'utilisation de certains précurseurs relativement
coûteux.
La solution élaborée par voie sol-gel permet de
réaliser des films par différentes méthodes (dip-coating,
spin coating, pulvérisation...). Des matériaux massifs peuvent
également être préparés par voie sol-gel lors de
l'évaporation rapide du solvant. Enfin, le sol peut aussi réagir
avec de l'eau dans un procédé d'émulsion et/ou de
séchage pour former des poudres. Il est possible d'obtenir des
matériaux hautement poreux dans lequel le réseau solide du gel
est maintenu après le séchage. Selon les conditions de mise en
oeuvre (en masse, dépôt de films, précipitation...) et de
traitement (chimique, physique, thermique...), des matériaux de formes
(matériaux massifs, couches minces, fibres, poudres) et de structures
(denses, mésoporeux, ultra poreux) très variées peuvent
être préparés.
La grande diversité de matériaux obtenus par
voie sol-gel fait que ces matériaux sont utilisés dans de
nombreuses applications. Un secteur particulièrement exploité est
celui de
l'optique, l'incorporation de colorants, de semi-conducteurs,
de particules métalliques, de terres rares permet de développer
des systèmes, tels des cellules solaires, des lasers à colorant,
des miroirs à conjugaison de phase, des luminophores, ...
Au cours du processus sol gel se produisent des
réactions constituant peu à peu les liens présents dans le
matériau final et selon leur degré d'avancement se
succèdent plusieurs états de la matière :
- Le sol qui est une suspension stable et transparente dans un
liquide d'identités moléculaires ou de particules plus ou moins
denses de taille comprise entre 1 et 100 nm.
- Le gel qui est un réseau tridimensionnel solide
continu dans un liquide. Le point de transition sol-gel est défini par
le moment ou un amas polymérique atteint la taille du récipient.
La viscosité du sol, qui augmentait avec la croissance de la taille des
particules, diverge alors et le solide formé acquiert un module
élastique.
- Le gel sec qui est un solide amorphe et poreux obtenu par
évaporation du liquide (xérogel ou aérogel selon les
conditions du séchage).
- Le matériau final, cristallisé, densifié
et débarrassé des résidus réactionnels par recuit
à plus hautes températures.
Les précurseurs utilisés dans le
procédé sol-gel sont les alcoxydes métalliques de formule
générale M(OR)n où M désigne un atome
métallique de valence n et R une chaîne alkyle (-CjH2j+1).[12]
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