Le procédé sol-gel et les
matériaux
De la molécule au matériau
,Vue d’ensemble : de la molécule au matériau
Approche ascendante (bottom-up) : on part de la molécule (Å) pour aboutir à
un matériau (mm et au-delà).
01 Précurseurs moléculaires 02 Hydrolyse
Alcoxydes M(OR)n Création des groupes –OH
03 Condensation 04 Croissance
Olation et oxolation Fractale ou euclidienne ?
05 Gélification 06 Séchage
Sol, gel, temps de gel Xérogel ou aérogel
07 Mise en forme 08 Applications
Dip coating, spin coating Atouts et limites du procédé
2
,Principe : du sol au gel, puis au matériau
Chimie douce : des précurseurs moléculaires subissent hydrolyse puis condensation à température ambiante.
SOL
dispersion dans un liquide
Voie colloïdale Voie polymérique
Particules compactes → gel particulaire (interactions
Chaînes ramifiées → gel réticulé (liaisons fortes)
faibles)
GEL
réseau continu qui piège le solvant
Poudres Monolithes Revêtements Fibres
séchage, broyage pièces massives films minces étirage du sol
3
, Les précurseurs moléculaires
Alcoxydes : formule M(OR)ₙ, avec une liaison M–O–C.
Groupe R (alkyle) Groupe OR (alcoxy)
Composés organométalliques : M(R)ₙ, le carbone est lié
directement au métal (pas d’oxygène).
méthyle –CH₃ méthoxy –OCH₃
Le groupe R agit sur l’oxygène par son effet donneur et par
son encombrement : il règle la vitesse d’hydrolyse. éthyle –CH₂CH₃ éthoxy –OCH₂CH₃
n-propyle n-propoxy
iso-propyle iso-propoxy
n-butyle n-butoxy
sec-butyle sec-butoxy
Le plus célèbre : le TEOS iso-butyle iso-butoxy
Si(OEt)₄ tert-butyle –C(CH₃)₃ tert-butoxy –OC(CH₃)₃
tétraéthoxysilane, aussi appelé orthosilicate de tétraéthyle
4
matériaux
De la molécule au matériau
,Vue d’ensemble : de la molécule au matériau
Approche ascendante (bottom-up) : on part de la molécule (Å) pour aboutir à
un matériau (mm et au-delà).
01 Précurseurs moléculaires 02 Hydrolyse
Alcoxydes M(OR)n Création des groupes –OH
03 Condensation 04 Croissance
Olation et oxolation Fractale ou euclidienne ?
05 Gélification 06 Séchage
Sol, gel, temps de gel Xérogel ou aérogel
07 Mise en forme 08 Applications
Dip coating, spin coating Atouts et limites du procédé
2
,Principe : du sol au gel, puis au matériau
Chimie douce : des précurseurs moléculaires subissent hydrolyse puis condensation à température ambiante.
SOL
dispersion dans un liquide
Voie colloïdale Voie polymérique
Particules compactes → gel particulaire (interactions
Chaînes ramifiées → gel réticulé (liaisons fortes)
faibles)
GEL
réseau continu qui piège le solvant
Poudres Monolithes Revêtements Fibres
séchage, broyage pièces massives films minces étirage du sol
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, Les précurseurs moléculaires
Alcoxydes : formule M(OR)ₙ, avec une liaison M–O–C.
Groupe R (alkyle) Groupe OR (alcoxy)
Composés organométalliques : M(R)ₙ, le carbone est lié
directement au métal (pas d’oxygène).
méthyle –CH₃ méthoxy –OCH₃
Le groupe R agit sur l’oxygène par son effet donneur et par
son encombrement : il règle la vitesse d’hydrolyse. éthyle –CH₂CH₃ éthoxy –OCH₂CH₃
n-propyle n-propoxy
iso-propyle iso-propoxy
n-butyle n-butoxy
sec-butyle sec-butoxy
Le plus célèbre : le TEOS iso-butyle iso-butoxy
Si(OEt)₄ tert-butyle –C(CH₃)₃ tert-butoxy –OC(CH₃)₃
tétraéthoxysilane, aussi appelé orthosilicate de tétraéthyle
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