Synthesis of materials with a controlled architecture starting from colloidal silica
Synthèse de matériaux d'architecture contrôlée à base de silice colloïdale
Résumé
This manuscript describes the use of colloidal silica particles with definite size and functionality to elaborate materials with specific properties. First, we compared several ways of elaborating silica particles from a molecular precursor following a classical sol-gel process. We managed to get spherical particles with a tuneable surface function and a regular mean size between 50 nm and 2 microns. Then, the behaviour of these particles at an air-water interface was studied by the Langmuir method. Colloidal crystals with a controlled thickness were then synthesized by transferring sequentially monolayers of particles onto hydrophilic substrates using the Langmuir-Blodgett technique. Such a control allowed us to study the influence of the crystals thickness on their spectroscopic properties. Another purpose of this study was dealing with the synthesis of particles with original morphologies in general and dissymmetrical particles in particular. To achieve this goal, techniques involving interfacial phenomena were first involved (plane and curved interfaces at the macroscopic scale). We also synthesized organic-inorganic particles through an emulsion polymerisation process seeded by surface-modified silica particles. While varying several experimental parameters, we managed to get hybrid particles with original and various but predictable morphologies, them being dissymmetrical (“dumbbell-like”, “snowman-like”, “decentred core-shell”) or not (“daisy-like”, “multipod-like” or “raspberry-like”). These new types of colloidal particles could present interesting properties in various fields of applied science like catalysis, electronic displays or stabilisation of complex media.
Ce manuscrit décrit l'utilisation de particules de silice colloïdale de taille et de fonctionnalité définies pour élaborer des matériaux aux propriétés spécifiques. Dans un premier temps, nous avons comparé différentes méthodes de synthèse de particules de silice à partir d'un précurseur moléculaire selon un procédé sol-gel. Celles-ci nous ont permis de fabriquer des objets sphériques de fonction de surface contrôlée et avec une taille moyenne régulière comprise entre 50 nm et 2 microns. Une fois ces particules synthétisées, nous avons étudié leur comportement à l'interface air-eau grâce à la technique de Langmuir puis fabriqué des cristaux colloïdaux d'épaisseur contrôlée par dépositions successives de monocouches de particules sur des substrats hydrophiles selon le principe de la technique de Langmuir-Blodgett. Ce contrôle nous a permis d'étudier l'influence de l'épaisseur des cristaux sur leurs propriétés spectroscopiques. Le second axe de notre recherche concernait l'élaboration de particules à morphologie originale et en particulier d'objets dissymétriques. L'utilisation de différentes techniques impliquant des phénomènes interfaciaux a d'abord été envisagée (interfaces planes puis courbes à l'échelle macroscopique). Nous avons également élaboré de particules organiques-inorganiques grâce à un procédé de polymérisation en émulsion de styrène en présence de particules de silice modifiées en surface. La maîtrise des différents paramètres expérimentaux nous a ainsi permis d'obtenir des objets hybrides aux morphologies originales mais prédictibles et variées, qu'elles soient dissymétriques (± haltère a, ± bonhomme de neige a, ± cœur-écorce décentré a) ou non (± marguerite a, ± multipode a ou ± framboise a). Ces nouveaux types de particules colloïdales pourraient présenter des propriétés innovantes dans de nombreux domaines tels que la catalyse, l'affichage électronique ou la stabilisation de milieux complexes