Pour fabriquer des oxydes métalliques, mieux vaut traîner
Des procédés chimiques bien rodés révèlent parfois des surprises. En marquant une longue pause lors de la formation d’oxydes métalliques, des chercheurs du Laboratoire de chimie de coordination (LCC, CNRS), du laboratoire Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP, CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier) et du Centre d’élaboration des matériaux et d’études structurales (CEMES, CNRS) ont découvert que leur préparation liquide se gélifiait progressivement. Ce changement de consistance permet aux scientifiques de mouler et d’imprimer la matière à plusieurs échelles. Ces travaux, publiés dans la revue Chemistry of Material, simplifient la conception de matériaux à base d’oxydes métalliques.
Depuis plusieurs années, les nanomatériaux peuvent être élaborés à partir de composés organométalliques, qui comportent des atomes de carbone et d’un métal, mélangés à de simples amines ou acides gras. Deux réactions, impliquant de l’eau (l’hydrolyse) puis de hautes températures (la calcination), vont ensuite briser certaines liaisons chimiques afin d’obtenir un oxyde métallique, choisi selon les propriétés visées (optiques, électriques, etc.). Des chercheurs du Laboratoire de chimie de coordination (LCC, CNRS), du laboratoire Interactions moléculaires et réactivité chimique et photochimique (IMRCP, CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier) et du Centre d’élaboration des matériaux et d’études structurales (CEMES, CNRS) ont cependant constaté que, en l’absence d’hydrolyse dans la foulée du mélange, celui-ci perdait sa nature liquide pour se gélifier en quelques heures.
Ce phénomène imprévu aide à mieux manipuler les matériaux avant de les transformer en oxydes métalliques. Ils peuvent ainsi être moulés, imprimés ou mis en fibres au contraire d’un liquide. Une fois le résultat escompté obtenu, l’hydrolyse et la calcination aboutissent toujours à la formation d’un oxyde métallique. Les chercheurs ont principalement travaillé sur les oxydes de zinc, d’étain et de fer, respectivement prisés pour leurs propriétés optiques, leur utilisation pour capturer de gaz et en imagerie médicale. Cette méthode permet de concevoir plus facilement des oxydes métalliques, et d’en inventer de nouveaux, à partir de toutes sortes de métaux. Très variés, ces oxydes trouvent de nombreuses applications en nanotechnologies grâce à la diversité de leurs propriétés géométriques et électroniques.
© Christophe Mingotaud et Zhihua Zhao
Avec l’autorisation exceptionnelle du CNRS pour cette interprétation de son logo
Le matériau gélifié peut être moulé ou imprimé par un tampon. Échelles : 1 cm.
Référence
Zhao Zhihua, Coppel Yannick, Fitremann Juliette, Fau Pierre, Roux Clément, Lepetit Christine, Lecante Pierre, Marty Jean-Daniel, Mingotaud Christophe, Kahn Myrtil.
Mixing time between organometallic precursor and ligand: a key parameter controlling ZnO nanoparticle size and shape and processable hybrid materials
Chem. Mater. – Novembre 2018
DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b04480