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  • Publié le : 6 juin 2010
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2. II - Propriétés des aérogels

2.1. Définitions

Un sol est une solution colloïdale limpide dont les micelles ont des tailles allant de 5 à 100 nm. Ces micelles résultent d’une condensation tridimensionnelle de motifs tels que Si(OH)4 ou Zr(OH)4 et portent une charge extérieure négative qui empêche leur coagulation en particules plurimicellaires.[13]

Un gel est un système biphasiquesolide - liquide thermodynamiquement stable constitué d'un double réseau interpénétré continu tridimensionnel, l'un solide et l’autree second liquide. Il provient de l’agglomération des micelles constituant le sol. C’est une matrice poreuse dans laquelle se trouvent des molécules de solvant.[24]

Un aérogel est un gel qui a été séché de façon à ce que la structure du gel de départ soitconservée. Le liquide localisé dans les interstices des parties solides a été remplacé par de l'air.

2.2. Préparation

La formation d’un aérogel nécessite l’accomplissement de 3 phases : la gélification, ; le vieillissement du gel et enfin le séchage du gel (figure 1.).[35]

L’idée de base de ce procédé est de gélifier un sol et de créer progressivement un réseau tridimensionnel d’oxyde par uneétape d’hydrolyse suivie d’une étape de polymérisation ou polycondensation du précurseur. On obtient ainsi des espèces de plus en plus rigides (ex. gels de silice) ou élastiques élastiques (ex.comme la gélatine). Un traitement thermique de séchage et de densification de ce gel conduit ensuite au matériau.[46]

Figure 1. Synthèse d’un aérogel

2.2.1. Etapes de gélification et devieillissement

La préparation des gels minéraux fait intervenir des réactions de polycondensation. Deux voies sont utilisées, la voie inorganique et la voie organométallique.[57]

Voie inorganique : cette voieelle utilise des sels métalliques MXn dans lesquels un métal M est relié à n anions X. En solution aqueuse, ces précurseurs deviennent des un mélange d’espèces ioniques ioniques de formuleM(H2O)nz+.hydratées ou (et) hydroxylées. Une hydrolyse remplace les groupements H2O par OH avec perte de proton. Des réactions de condensation (olation et oxolation) conduisent au gel (schéma 1.).

Schéma 1.

← Voie organométallique : cette voie utilise un précurseur alcoxyde M(OR)n.
(M = métal, R = groupement alkyle). La réaction se fait en deux étapes.[68]
Ainsi unUn sol de silice est préparéen milieu alcoolique par hydrolyse d’un tétraalcoxysilane en présence d’un catalyseur et on effectue ensuitepuis une réaction de polycondensation est effectuée pour former le gel (schémas 2. et 3)).. Le choix du catalyseur (acide ou basique) agit non seulement sur la cinétique de gélification mais aussi sur la texture du réseau et sa perméabilité.

Hydrolyse de l’alcoxyde

Schéma 2.Polycondensations (à modifier)

Schéma 3.2.

La condensation se poursuit jusqu’à formation d’un gel comportant en majorité des ponts métal - oxygène. La structure continue tridimensionnelle résultante est appelée alcogel.

Plusieurs paramètres gouvernent les réactions d’hydrolyse et de condensation, à savoir :

laLa nature du précurseur M(OR)4 : plus R est long, et , plus l’hydrolyse est lente.lesLes solvants : ceux de même radical alcoyle que le précurseur sont préférés. Pour élaborer les gels de silice, par exemple, le méthanol avec le tétraméthoxysilane TMSO (Tétraméthoxysilane TMSO : Si(OCH3)4) et l’éthanol avec le tétraéthoxysilane TEOS (Tétraéthoxysilane TEOS : Si(OC2H5)4) sont très utilisés. Pour augmenter la miscibilité des couples précurseurs - solvant, les réactions sonteffectuées à température plus élevée.

Lla quantité d’eau. 

Ces différents parametresparamètres influent sur la vitesse de gélification, et les propriétés du gel.

Le vieillissement du gel est une extension de l’étape de gélification. Durant cette phase, le réseau du gel est renforcé à travers des polymérisations supplémentaires résultant de la présence de groupes OH et OR résiduels...
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