Synthèse d'oxyde de tungstène à tailles ultimes (inférieures à dix nanomètres) en vue de l'élaboration et de l'étude de la réactivité de composés nanothermites

Synthesis of tungsten oxide particles with sizes smaller than ten nanometers for the elaboration and the reactivity study of nanothermites

• Auteur / Autrice : Nicolas Le Houx
• Direction : Geneviève Pourroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liaisons chimiques

Synthèse (chimie)

Nanoparticules

Tungstène

Résumé

Les réactions thermites sont des réactions chimiques entre un métal réducteur et un oxyde, très exothermiques, utilisées pour des applications civiles et militaires variées comme la soudure ou les systèmes d' initiation. Ces réactions ayant lieu entre deux solides, la réactivité du mélange augmente lorsque celui-ci est structuré à l'échelle nanométrique. Le mélange aluminiumltrioxyde de tungstène est un exemple connu de thermite qui a une bonne réactivité. Dans ce travail, nous présentons diverses synthèses permettant d'obtenir de nombreuses tailles et formes de nanoparticules d'oxyde de tungstène. La synthèse se révélant la plus prometteuse est la synthèse sol-gel non-hydrolytique, en particulier lorsqu'elle est réalisée en autoclave avec chauffage microonde. Ainsi, après un traitement thermique entre 300 et 500 oC, servant à éliminer les résidus organiques, les particules obtenues ont des tailles comprises entre 6 et 40 nm. Aussi, nous montrons au cours de ce travail l' importance de la dispersibilité de l'oxyde pour la formulation d'un mélange thermite. De plus, nous mettons en avant la possibilité d'améliorer la réactivité d'une formulation en la préparant dans l'acétonitrile au lieu de l'hexane, dispersant typiquement utilisé. En outre, nous obtenons des vitesses de combustion de comprimés jusqu'à 15 mis.

Thermite reactions are very exothermic chemical reactions between a reductive metal and an oxide which are used for a broad range of civilian and military uses, such as soldering or initiation systems. As these reactions take place between two solids, the reactivity of the mixture increases if it is nanometrically structured. Aluminum and tungsten trioxide mixtures are a known example of thermite mixtures which has a good reactivity. In this work, we present various syntheses yielding many different shapes and sizes of tungsten oxide nanoparticles. The most promising synthesis is the non hydrolytic sol gel synthesis, in particular when carried out in a reactor heated by microwave irradiation. A subsequent thermal treatment between 300 and 500 oC, to eliminate any organic residues, yields 6 to 40 nm particles. Also, we show the importance of the oxide dispersibility regarding the formulation ofa thermite mixture. Moreover, we promote the possibility of improving the reactivity by preparing the mixture in acetonitrile instead of hexane, the typically used dispersant. Furthermore, we obtain pellet combustion speeds up to 15 mis.