Etude de la photopolymerisation sol-gel de precurseurs inorganiques et application pour l'élaboration de films de silice mésoporeuse

Sol-gel photopolymerization of inorganic precursors and application for mesoporous silica films elaboration

• Auteur / Autrice : Héloise De Paz-Simon
• Direction : Céline Croutxé Barghorn, Abraham Chemtob
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 21/10/2013
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie et d'Ingenierie Macromoleculaires (LPIM) - EA 4567 - Laboratoire de Photochimie et d'Ingénierie Macromoléculaires

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Photopolymerisation

Sol-gel

Films de silice mésoporeuse

Photogénérateur d'acide

Photogénérateur de base

Photopolymerization

Sol-gel

Mesoporous silica films

Photo-acid

Basic photogenerative

Résumé

Alors que le procédé sol-gel a été fortement étudié il existe peu d’études concernant le procédé sol-gel photoinduit. Le principe repose sur la libération in situ d’espèces acides ou basiques photogénérées capables d’amorcer les réactions d’hydrolyse et de condensation caractéristiques du procédé sol-gel. L’alternative photoinduite est particulièrement adaptée pour préparer des films minces et possède de nombreux avantages tel qu’une formulation de départ stable, sans solvant et photolatente ainsi que des vitesses de réactions plus importantes. À partir de précurseurs inorganiques simples, nous avons dans un premier temps réalisé une étude mécanistique et cinétique de ce procédé en catalyse acide. Puis l’influence de différents paramètres physiques, chimiques et photochimiques sur les vitesses de réactions a été évaluée. Une comparaison avec un système similaire en catalyse basique a aussi été réalisée.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à appliquer ce procédé photoinduit pour la préparation de films de silice mésoporeuse. Un tensioactif de type copolymère tribloc a été ajouté au précurseur inorganique de départ. La faisabilité d’une approche photochimique à partir de formulation sans eau ni solvant a d’abord été étudiée, des films mésoporeux ont été obtenus. Puis, nous nous sommes intéressés à la compréhension des 2 mécanismes interdépendants : le mécanisme d’assemblage du tensioactif et la condensation du réseau inorganique. Par la suite, le système a été optimisé pour aboutir à un contrôle précis de la structure et de la taille des pores. Enfin, une dernière étape a consisté à éliminer la partie organique (pour libérer la porosité) grâce à l’UV.

Whereas sol-gel process has been extensively studied almost no papers concerning photoinduced sol-gel process subsists. This later is based on in situ generation of acids or basics species able of initiating hydrolysis and condensation reactions happening on sol-gel process. This photoinduced alternative is particularly adapted for preparation of thin films and has lots of advantages such as photolatent, stable, solvent and water free initial formulation along with faster reaction rates. In one hand, from simple inorganic precursors, a kinetic and mechanistic study of the photoacid-catalyzed sol-gel reactions was realized. Then, we attempt to define what chemical, physical and photochemical parameters determine the precise sequence, kinetics and advancement of these reactions under different processing conditions Furthermore, an equivalent photobase-catalyzed sol-gel process has been also studied thoroughly. In a second hand, we focus on application of this photoinduced process for the preparation of mesoporous silica films. A triblock copolymer surfactant was added to the initial inorganic precursor. Feasibility of this photochemical approach from water and solvent free formulation was first investigated and mesoporous films were obtained. Then, we work on understanding the two interdependent mechanisms: surfactant self-assembly and inorganic network condensation. The system was after that optimized in order to have a precise control of pore size and structure. Finally, the last point involves organic photodegradation in order to liberate porosity.