Cristaux liquides, empreinte pour la préparation de matériaux mésoporeux organisés : application à la synthèse d'oxyde de titane nanocristallin

This work deals with the preparation of mesoporous materials from fluorinated liquid crystals via the LCT mechanism. Synthesis parameters have been optimized for the preparation of ordered mesoporous silica with the hexagonal H1 phase of water/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH system. Results show a correlation between pore diameters of materials and hydrophobic diameters measured in liquid crystals. According to the coprecipitation method, incorporation of TiO2 in a silica matrix, synthesized using micelles (via the cooperative templating mechanism CTM) or the hexagonal phase of C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/water system (via liquid crystal templating mechanism LCT). Both pathways lead to a loss of mesopore ordering and a decrease of the specific surface area when titania content increases. If materials are prepared via CTM mechanism TiO2 is present on the surface whereas TiO2 is in the bulk when LCT mechanism is used. Mesoporous thin films have been prepared via EISA method. Grazing incidence small angle X-Ray scattering and reflectivity analysis have been used to define the structure of films and the thickness of the different layers. Finally an original method has been developed for the preparation of ordered titania mesoporous materials. Precipitation of titania in the hybrid mesophase is activated by a NH3 treatment. The structure is preserved after calcination step which allow the formation of TiO2 anatase. Photocatalytic activity of these materials has been tested on the photodegradation of methylorangeCe travail est consacré à la préparation de matériaux mésoporeux à partir de cristaux liquides formés avec des tensioactifs fluorés selon le mécanisme transcriptif LCT. Les paramètres de synthèse ont été optimisés pour la préparation de silices mésostructurées à partir de la phase hexagonale du système eau/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH. Les résultats montrent une corrélation entre le diamètre des pores des matériaux et les diamètres hydrophobes mesurés dans les cristaux liquides. L'incorporation de TiO2 dans une matrice silicatée selon la méthode de coprécipitation a été réalisée en utilisant soit des micelles (mécanisme d'auto-assemblage coopératif CTM), soit la phase hexagonale du système C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/eau (mécanisme transcriptif LCT). Dans les deux cas, l'incorporation de titane conduit à une perte de la structure et à une diminution de la surface spécifique. L'utilisation du mécanisme CTM favorise la formation de TiO2 anatase en surface du matériau, tandis que pour le mécanisme LCT, la substitution du silicium par le titane au coeur du matériau a été mise en évidence. Des films minces mésostructurés à base de TiO2 ont été réalisés à partir de la méthode EISA. Les analyses par diffraction des rayons X à incidence rasante couplées à des mesures de réflectivité ont permis de mettre en évidence la structure des films et de déterminer les épaisseurs des couches qui constituent les films. Enfin, une méthode originale de synthèse de matériaux mésoporeux organisés à base de TiO2 a été développée. La précipitation de TiO2 dans la mésophase hybride est déclenchée à l'aide d'un traitement par NH3 (g). La structure des matériaux est conservée après l'étape de calcination laquelle permet de cristalliser TiO2 en phase anatase. L'activité photocatalytique de ces matériaux a ensuite été testée sur la réaction de photodégradation du méthylorang

Liquid crystals, template for the preparation of ordered mesoporous materials : application to the synthesis of nanocrystalline titania

Ce travail est consacré à la préparation de matériaux mésoporeux à partir de cristaux liquides formés avec des tensioactifs fluorés selon le mécanisme transcriptif LCT. Les paramètres de synthèse ont été optimisés pour la préparation de silices mésostructurées à partir de la phase hexagonale du système eau/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH. Les résultats montrent une corrélation entre le diamètre des pores des matériaux et les diamètres hydrophobes mesurés dans les cristaux liquides. L'incorporation de TiO2 dans une matrice silicatée selon la méthode de coprécipitation a été réalisée en utilisant soit des micelles (mécanisme d'auto-assemblage coopératif CTM), soit la phase hexagonale du système C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/eau (mécanisme transcriptif LCT). Dans les deux cas, l'incorporation de titane conduit à une perte de la structure et à une diminution de la surface spécifique. L'utilisation du mécanisme CTM favorise la formation de TiO2 anatase en surface du matériau, tandis que pour le mécanisme LCT, la substitution du silicium par le titane au coeur du matériau a été mise en évidence. Des films minces mésostructurés à base de TiO2 ont été réalisés à partir de la méthode EISA. Les analyses par diffraction des rayons X à incidence rasante couplées à des mesures de réflectivité ont permis de mettre en évidence la structure des films et de déterminer les épaisseurs des couches qui constituent les films. Enfin, une méthode originale de synthèse de matériaux mésoporeux organisés à base de TiO2 a été développée. La précipitation de TiO2 dans la mésophase hybride est déclenchée à l'aide d'un traitement par NH3 (g). La structure des matériaux est conservée après l'étape de calcination laquelle permet de cristalliser TiO2 en phase anatase. L'activité photocatalytique de ces matériaux a ensuite été testée sur la réaction de photodégradation du méthylorangeThis work deals with the preparation of mesoporous materials from fluorinated liquid crystals via the LCT mechanism. Synthesis parameters have been optimized for the preparation of ordered mesoporous silica with the hexagonal H1 phase of water/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH system. Results show a correlation between pore diameters of materials and hydrophobic diameters measured in liquid crystals. According to the coprecipitation method, incorporation of TiO2 in a silica matrix, synthesized using micelles (via the cooperative templating mechanism CTM) or the hexagonal phase of C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/water system (via liquid crystal templating mechanism LCT). Both pathways lead to a loss of mesopore ordering and a decrease of the specific surface area when titania content increases. If materials are prepared via CTM mechanism TiO2 is present on the surface whereas TiO2 is in the bulk when LCT mechanism is used. Mesoporous thin films have been prepared via EISA method. Grazing incidence small angle X-Ray scattering and reflectivity analysis have been used to define the structure of films and the thickness of the different layers. Finally an original method has been developed for the preparation of ordered titania mesoporous materials. Precipitation of titania in the hybrid mesophase is activated by a NH3 treatment. The structure is preserved after calcination step which allow the formation of TiO2 anatase. Photocatalytic activity of these materials has been tested on the photodegradation of methylorang

Cristaux liquides, empreinte pour la préparation de matériaux mésoporeux organisés (application à la synthèse d'oxyde de titane nanocristallin)

Ce travail est consacré à la préparation de matériaux mésoporeux à partir de cristaux liquides formés avec des tensioactifs fluorés selon le mécanisme transcriptif LCT. Les paramètres de synthèse ont été optimisés pour la préparation de silices mésostructurées à partir de la phase hexagonale du système eau/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH. Les résultats montrent une corrélation entre le diamètre des pores des matériaux et les diamètres hydrophobes mesurés dans les cristaux liquides. L'incorporation de TiO2 dans une matrice silicatée selon la méthode de coprécipitation a été réalisée en utilisant soit des micelles (mécanisme d'auto-assemblage coopératif CTM), soit la phase hexagonale du système C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/eau (mécanisme transcriptif LCT). Dans les deux cas, l'incorporation de titane conduit à une perte de la structure et à une diminution de la surface spécifique. L'utilisation du mécanisme CTM favorise la formation de TiO2 anatase en surface du matériau, tandis que pour le mécanisme LCT, la substitution du silicium par le titane au coeur du matériau a été mise en évidence. Des films minces mésostructurés à base de TiO2 ont été réalisés à partir de la méthode EISA. Les analyses par diffraction des rayons X à incidence rasante couplées à des mesures de réflectivité ont permis de mettre en évidence la structure des films et de déterminer les épaisseurs des couches qui constituent les films. Enfin, une méthode originale de synthèse de matériaux mésoporeux organisés à base de TiO2 a été développée. La précipitation de TiO2 dans la mésophase hybride est déclenchée à l'aide d'un traitement par NH3 (g). La structure des matériaux est conservée après l'étape de calcination laquelle permet de cristalliser TiO2 en phase anatase. L'activité photocatalytique de ces matériaux a ensuite été testée sur la réaction de photodégradation du méthylorangeThis work deals with the preparation of mesoporous materials from fluorinated liquid crystals via the LCT mechanism. Synthesis parameters have been optimized for the preparation of ordered mesoporous silica with the hexagonal H1 phase of water/C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH system. Results show a correlation between pore diameters of materials and hydrophobic diameters measured in liquid crystals. According to the coprecipitation method, incorporation of TiO2 in a silica matrix, synthesized using micelles (via the cooperative templating mechanism CTM) or the hexagonal phase of C8F17C2H4(OCH2CH2)9OH/water system (via liquid crystal templating mechanism LCT). Both pathways lead to a loss of mesopore ordering and a decrease of the specific surface area when titania content increases. If materials are prepared via CTM mechanism TiO2 is present on the surface whereas TiO2 is in the bulk when LCT mechanism is used. Mesoporous thin films have been prepared via EISA method. Grazing incidence small angle X-Ray scattering and reflectivity analysis have been used to define the structure of films and the thickness of the different layers. Finally an original method has been developed for the preparation of ordered titania mesoporous materials. Precipitation of titania in the hybrid mesophase is activated by a NH3 treatment. The structure is preserved after calcination step which allow the formation of TiO2 anatase. Photocatalytic activity of these materials has been tested on the photodegradation of methylorangeNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Tailoring of the porous structure of soft emulsion-templated polymer materials

This paper discusses the formation of soft porous materials obtained by the polymerization of inverse water-in-silicone (polydimethylsiloxane, PDMS) emulsions. We show that the initial state of the emulsion has a strong impact on the porous structure and properties of the final material. We show that using a surfactant with different solubilities in the emulsion continuous phase (PDMS), it is possible to tune the interaction between emulsion droplets, which leads to materials with either interconnected or isolatedpores. These two systems present completely different behavior upon drying, which results in macroporous air-filled materials in the interconnected case and in a collapsed material with low porosity in the second case. Finally, we compare the mechanical and acoustical properties of these two types of bulk polymer monoliths. We also describe the formation of micrometric polymer particles (beads) in these two cases. We show that materials with an interconnected macroporous structure have low mechanical moduli andlow sound speed, and are suitable for acoustic applications. The mechanical and acoustical properties of the materials with a collapsed porous structure are similar to those of non-porous silicone, which makes them acoustically inactive.Initiative d'excellence de l'Université de BordeauxAdvanced Materials by Desig

Soft Porous Silicone Rubbers as Key Elements for the Realization of Acoustic Metamaterials

In this work, macroporous materials made of polydimethylsiloxane, a soft silicone rubber, are prepared using UV polymerization with an emulsion-templating procedure. The porosity of the final materials can be precisely controlledby adjusting the volume of the dispersed phase. We show that the porous structure of the materials is the template of thedroplets of the initial emulsions. Mechanical tests show that the materials Young’s moduli decrease with the porosity of thematerials. Acoustic measurements indicate that, in such a porous elastomeric matrix, the sound speed also decreasesdramatically as soon as the porosity increases to attain values of as low as 80 m/s......Advanced Materials by DesignInitiative d'excellence de l'Université de BordeauxAerospace Research and DevelopmentMetakousti

Design of a fluorinated magneto-responsive material with tuneable ultrasound scattering properties

In this work, we describe the preparation of emulsions of fluorinated ferrofluid droplets suspended in a yield-stress hydrogel (Bingham fluid) with potential applications for ultrasound (US) spectroscopy and imaging. Fluorinated ferrofluids were obtained using an original multi-step process leading to an appropriate suspension of magnetic nanoparticles (MNPs) coated by a layer of fluoroalkylsilane in fluorinated oil. The efficiency of the sol-gel coating reaction was assessed by several methods including infrared and X-ray photoelectron spectroscopy, small angle neutron scattering and magnetometry. The resulting suspension of silanized-MNPs behaves as a true fluorinated ferrofluid, remaining stable (i.e. a monophasic suspension of well dispersed MNPs) in magnetic inductions as high as 7 T. These ferrofluids were employed to prepare monodisperse emulsions in a Bingham gel using a robotic injection device. Using ultrasound spectroscopy, we show that the emulsion droplets behave as Mie-type acoustic wave resonators due to the high sound-speed contrast between the droplets and the matrix. When subjected to a magnetic field, the ferrofluid droplets elongate in the field direction, which in return modifies the acoustic response of the material. The resonance frequency peaks scale as the inverse of the emulsion droplet size encountered by the wave propagation vector. These results might open a new road towards the realisation of ultrasound contrast agents guided by magnetic fields and with a tuneable attenuation spectrum

Stabilized ferroelectric NaNbO3 nanowires for lead-free piezoelectric nanocomposite applications

Ferroelectric nanomaterials often suffer from severe polarization loss compared to their bulk due to a size-induced alteration in their crystalline structure, making them inefficient for piezoelectric applications. Discovering nanomaterials with efficient piezoelectric properties is therefore a challenging task. We report here a direct observation of a single-phase ferroelectric structure with stripe domains stabilized by size-induced thermal residual stress in NaNbO3 nanowires (NWs) and demonstrate their excellent efficiency for lead-free piezoelectric nanocomposites. Polymer composites containing NaNbO3 NWs exhibit piezoelectric coefficients and figure-of-merit values comparable to those of KNbO3 NWs and approximately 9 and 100 times higher, respectively, than those of the reference devices using competing BaTiO3 NWs. The remarkable performance of NaNbO3 NWs compared to BaTiO3 NWs contradicts the ranking of bulk properties, claiming that NaNbO3 ceramics are significantly less active than BaTiO3. However, this counterintuitive behavior can be well understood if we consider structure modifications of these materials at the nanoscale, with a size-induced antiferroelectric-to-ferroelectric transition in NaNbO3 NWs and ferroelectric-to-paraelectric transition in BaTiO3 NWs. These findings are further supported by second harmonic generation characterizations, revealing substantially stronger second harmonic intensities for NaNbO3 and KNbO3 NWs compared to BaTiO3 NWs. Our work confirms the critical role of structural properties in the macroscopic piezoelectric performance of nanomaterials beyond the ranking of the bulk properties. With their scalable synthesis and high aspect ratio, ferroelectric NaNbO3 NWs hold great promise for the large-scale production of efficient, lead-free piezoelectric nanocomposites.Fibres composites piezoélectrique