Expo sol gel

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Expo sol gel

  1. 1. Proposé par : Mr Khalid BOUABID: Professeur à la faculté des sciences d’AgadirPrésenté par: Hassan KIROU: Etudiant au cycle master: GMEE Abderrazzak BOUTRAMINE: Etudiant au cycle master: GMEE
  2. 2. I. Aspects scientifiques 1. Introduction 2. Principaux états du système lors de la transition sol-gel. 3. Mécanismes réactionnels. 4. Le vieillissement des gels 5. Les différentes méthodes de dépositions de couches minces par voie sol-gel.II. Applications et Méthodes 1. Application dans le secteur métallurgique . 2. Revêtements anti-abrasifs sur surface polymérique pour applications ophtalmiques. 3. Secteur verrier: synthèse de gel et revêtement sur du verre. 4. Applications pour la synthèse de poudres.III. ConclusionIV. Discussion 2
  3. 3. I. Aspects scientifiques 1. Introduction L’abréviation sol-gel correspond à « solution-gélification »,un sol est un suspension colloïdale d’oligomères de faible diamètre (qlq nm). La première polymérisation sol-gel a été réalisée par Ebelmen en 1845 La méthode sol-gel permet l’élaboration d’une grande variété d’oxydes sous différentes configurations (monolithes, films minces, fibres, poudres). La technique sol-gel est un procédé d’élaboration de matériaux permettant lasynthèse de verres, de céramiques, à partir de précurseurs en solution Il permet de réaliser des couches minces constituées d’empilements denanoparticules d’oxydes métalliques. Ce procédé s’effectue dans des conditions dites de basses que celles des voiesclassiques de synthèse.
  4. 4. 1. Principaux états du système lors de la transition sol-gelFig: Principales étapes d’une synthèse d’un matériau par voie sol-gel
  5. 5. 3. Mécanismes réactionnels Le principe du procédé sol-gel, repose sur l’utilisation d’une succession deréactions d’hydrolyse-condensation à température proche de l’ambiante, pourpréparer des réseaux d’oxydes, qui peuvent être par la suite traitéthermiquement. Il s’agit d’un processus de conversion en solution d’alcoxydesmétalliques tels que les alcoxydes de silicium, zirconium, aluminium, titane. a. L’hydrolyse (action d’eau) Si-OR + H2O —> Si -OH + R-OH Exemple:Si(OCH2CH3 )4 +H2O = HOSi(OCH2CH3 )3 + C2H5OH Fig: Mécanisme d’hydrolyse des alcoxydes métalliques M(OR)n (milieu neutre, sans catalyseur)
  6. 6. b. La condensation Deux mécanismes entrent en concurrence: l ’alcoxolation et l’ oxolation i. L ’alcoxolation ii. L’oxolationfig: Mécanisme d’alcoxolation des alcoxydes Fig: Mécanisme d’oxolation des alcoxydes métalliques M(OR)n métalliques M(OR)n
  7. 7. c. La transition sol-gelfig: Schématisation des étapes de formation du gel Fig: l’évolution de la viscosité d’un gel de silice au cours de la transition sol-ge
  8. 8. 4. Le vieillissement des gelsfig:l’évolution du module d’élasticité durant le vieillissement fig :phénomènes de synérèse a):condensation entre groupements réactifs proches b):condensation entre groupements réactifs initialement éloignés
  9. 9. 5. Les différentes méthodes de dépositions de couches minces par voie sol-gel a. Le dip-coating ou « trempage–tirage » ffig: Dépôt de couches minces par dip-coating : le substrat est immergé Fig: Dépôt de couches minces par dip-coating dans la solution et remonté à vitesse constante
  10. 10. b. Centrifugation ou spin-coatingFig:Dépôt de couches minces par centrifugation : les quatre étapes du dépôt (ω représente la vitesse de rotation du substrat Fig:Spin-coater P-6708D de chez Speedline Technologies. La vitesse de rotation peut varier entre 100 et 8000 tours par minute
  11. 11. c. L’enduction laminaire ou roll- coatingfig:Dépôt de couches minces : enduction laminaire Fig: enduction laminaire réalisée en salle propre au CEA d. L’aérosol-gel ou le spray– coating Fig: Dépôt de couches minces : exemple d’Aérosol-gel
  12. 12. 1. Application dans le secteur métallurgique i. Revêtement de tôles métalliques par coil-coating ou roll-coating Fig: Illustration d’un revêtment par roll-coatingFig :L’ensemble des opérations pour effectuer le revêtement par voie sol-gel
  13. 13. ii. Revêtement de petites pièces métalliques Fig: Petit agitateur en inox revêtu ou non d’un coating de ZrO2 réalisé par sol-gelFig: Dip-coater pour la réalisation de revêtement sol-gel sur de petites pièces métalliques
  14. 14. 3. Revêtements anti-abrasifs sur surface polymérique pour applications ophtalmiques La couche durcissante et le revêtement anti-choc Résultent d’une application sol-gel (la couche « AR est une couche « antireflet »).
  15. 15. Le dépôt du vernis par trempage (“dip-coating”)Fig :Illustration d’un revêtement sol-gel « anti-griffe » réalisé par dip-coatingsur des verres (organiques) à usage opthalmique
  16. 16. Le dépôt de vernis sol-gel par “spin-coating”Fig: Illustration d’un revêtement sol-gel « anti-griffe » réalisé par spin-coatingsur des verres (organiques) à usage opthalmiques.
  17. 17. 4. Secteur verrier: synthèse de gel et revêtement sur du verre. i. Vitres « anti-feu »: les vitrages Pyrobel®Fig:Schéma d’un verre anti-feu avant Fig:Les vitres anti-feu commercialisées par AGC puis après exposition à un incendie sont composées de 2 couches de gel de silice.
  18. 18. Trois fonctions fondamentales sont assurées:i) la stabilité : le vitrage ne s’effondre pasii) l’incendie ne se propage pasiii) l’isolation thermique: la température moyenne du vitrage côté protégé resteinférieure à 140° C 18
  19. 19. ii. Matériaux autonettoyants Photo : Transparences comparées après un an d’un verre ordinaire et d’un verre «autonettoyant »Ce phénomène chimique, appelé photocatalyse, est semblable à la photosynthèse etpermet à ces matériaux de construction intelligents de rester propres trèslongtemps et même de purifier lair qui est en contact avec eux.
  20. 20. 5. Applications pour la synthèse de poudres Photo: Exemple d’étapes pour obtention des poudres à partir d’une solution « sol-gel » source : C-teams s.a.
  21. 21. La synthèse sol-gel conduit à l’élaboration à basse température de solidesamorphes transparents et denses dans lesquels des espèces moléculairesorganiques peuvent être introduites. La richesse des précurseurs sol-gel permet ledéveloppement de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques dont lespropriétés optiques peuvent être contrôlées à volonté.

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