Effets de composition et de morphologie sur la mouillabilité de revêtements sol-gel nanocomposites

Composition and morphology effets on the wettability of sol-gel nanocomposite coatings

• Auteur / Autrice : Claire Holtzinger
• Direction : Michel Langlet, Grégory Berthomé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 22/03/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique
• Jury : Président / Présidente : Michel Pons
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Belleville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Grosso, Francis Vocanson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Revêtements

Mots clés libres

Superhydrophilie

Superhydrophobie

Composites TiO2-SiO2

Revêtements sol-gel

Morphologie

Superhydrophilicity

Superhydrophobicity

TiO2-SiO2 composites

Sol-gel coatings

Morphology

Résumé

Des revêtements sol-gel nanocomposites TiO2-SiO2 ont été réalisés à partir de mélanges d'une suspension nanocristalline de TiO2 anatase et de sols polymériques de silice. Ces revêtements présentent une superhydrophilie naturelle, persistante et photo-régénérable. La présence de charges localisées aux interfaces granulaires TiO2-SiO2 est une des hypothèses permettant d'expliquer cette superhydrophilie naturelle. Toutefois des effets de morphologie (rugosité, porosité de surface) sont également connus pour influencer le mouillage. Des études ont été menées pour mettre directement en évidence l'effet intrinsèque des interfaces granulaires. Les études se sont recentrées sur l'effet extrinsèque de paramètres morphologiques susceptibles d'influencer la mouillabilité des revêtements nanocomposites selon des modèles thermodynamiques des surfaces connus. De nouveaux protocoles de synthèse par voie sol-gel ont été mis au point afin d'analyser i/ en quoi la superhydrophilie naturelle et photo-induite des revêtements TiO2-SiO2 pouvait être influencée par des effets de morphologie et de composition, et ii/ en quoi une exacerbation de ces effets via des structurations artificielles pouvaient encore accroître la superhydrophile de surface. Une extrapolation de ces protocoles a également permis d'étudier des revêtements superhydrophobes.

Sol-gel TiO2-SiO2 nanocomposites coatings have been deposited from a suspension of anatase TiO2 nanocristallites mixed with different polymeric silica sols. These coatings show a natural and persistent superhydrophilicity, which can also be photo-regenerated. This outstanding property can probably be explained by electrical charges localized at TiO2-SiO2 granular interfaces. Yet, some morphological features (roughness, surface porosity) may also influence wetting properties. Studies have firstly been carried out to directly evidence the intrinsic effect of those electrical charges. The studies have then been focused on the extrinsic effect of morphological parameters than can influence the composite wettability, according to thermodynamic models. New sol-gel protocols were carried out to better understand in which extent i/ the natural and photo-induced wetting properties of composite coatings may be influenced by composition and morphological features, and ii/ artificial structuration of the coating surface may enhance their superhydrophilicity. Those structuration protocols have been extrapolated to the study of superhydrophobic coatings.