New metallic, polymeric and hybrid aerogels
Nouveaux aérogels métalliques, polymériques et hybrides
Résumé
S. S. Kistler discovered a new class of ultralight materials with remarkable properties in 1931: the aerogels. Since then, a wide range of composition has been studied to obtain unique properties such as lightweight or electrical conductivity.This research work focuses on new aerogels made from silver nanowires and polymers. The synthesis principle used in this work is based on the assembly of one-dimensional nanowires to form a three-dimensional (3D) network. The organization in space of the solid elements of the aerogel is due to the freeze-drying process.The morphological, electrical and mechanical properties of these aerogels are characterized to provide a better understanding of the relationship between synthesis parameters and final properties.The unique structures obtained present a very high porosity (higher than 98 %), a very low density (a few mg.cm-3) as well as a high electrical conductivity (hundreds of S.m-1) for a high mechanical strength (higher than ten of kPa) in spite of the high porosity.The applicative interest of these materials is explored. On the one hand, electromechanical characterizations of aerogels are studied in order to develop a piezoresistive sensor (electrical resistance variations of 20 % for deformations of 50 % are maintained over a hundred cycles). On the other hand, electrochemical characterizations are carried out in order to use the synthesized aerogels as anodes of lithium metal batteries. A first demonstration as an electrode has been performed in view of a future integration in solid-state batteries.
S. S. Kistler a découvert une nouvelle classe de matériaux ultra-légers à propriétés remarquables en 1931, les aérogels. Depuis, une large gamme de composition a été étudiée afin d'obtenir des propriétés uniques comme la légèreté ou la conductivité électrique.Ces travaux de recherche se concentrent sur de nouveaux aérogels fabriqués à partir de nanofils d'argent et de polymères. Le principe de synthèse utilisée dans ces travaux est basé sur l'assemblage de nanofils unidimensionnels pour constituer un réseau tridimensionnel (3D). L'organisation dans l'espace des éléments solides de l'aérogel est due au procédé de cryodessiccation.Les propriétés morphologiques, électriques et mécaniques de ces aérogels sont caractérisées afin d'apporter une meilleure compréhension de la relation entre paramètres de synthèse et propriétés finales.Les structures uniques obtenues présentent une très grande porosité (supérieure à 98 %), une très faibles densités (quelques mg.cm-3) ainsi qu'une conductivité électrique élevée (des centaines de S.m-1) pour une résistance mécanique élevée (supérieure à la dizaine de kPa) malgré la haute porosité.L’intérêt applicatif de ces matériaux est exploré. D'une part, les caractérisations électromécaniques des aérogels sont étudiées en vue d’élaborer un capteur piézorésistif (des variations de résistance électrique de 20 % pour des déformations de 50 % sont maintenues sur cent cycles). D'autre part, des caractérisations électrochimiques sont effectuées afin d'utiliser les aérogels synthétisés en tant qu'anodes de batteries lithium métal. Une première démonstration en tant qu'électrode a été réalisée en vue d'une intégration future en batterie tout solide.
Origine : Version validée par le jury (STAR)