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Oxydes lamellaires et nanotubes inorganiques Jacques Livage - Collège de France www.labos.upmc.fr/lcmcp Cours du Collège de France www.college-de-france.fr.

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1 Oxydes lamellaires et nanotubes inorganiques Jacques Livage - Collège de France Cours du Collège de France enseignement

2 3 familles de solides lamellaires feuillets atomiques feuillets moléculaires feuillets multiples graphite chalcogénure MX 2 argiles [SiO 4 ] [AlO 6 ] MoS 2

3 Les argiles Porcelaine chinoises -700 b.c. TdTd OhOh 2 couches : Kaolinite [Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 ] 3 couches : Montmorillonite [Na 0,6 Al 3,4 Mg 0,6 Si 8 O 20 (OH) 4 ] OhOh TdTd TdTd alumino-silicates hydratés [Al(OH) 6 ] gibbsite [SiO 4 ] [Mg(OH) 6 ] brucite couche octaédrique couche tétraédrique cation Intercalaire

4 Les nanotubes naturels

5 Halloysite argile de la famille des kaolins Al 2 O 3 [Si(OH) 4 ] 2 Utah

6 Nanotubes dHalloysite l 1 µm - e 0,1 µm

7 Nanotubes Naturels Imogolite

8 nanotube mono-parois Structure des murs = gibbsite Al(OH) 3 Imogolite : Al 2 O 3 Si(OH) 4 1,5 nm 2,2 nm

9 couche extérieure de structure gibbsite Al(OH) 3 couche intérieure Si(OH) 4 courbure [SiO 4 ] < [AlO 6 ]

10 courbure[SiO 4 ] < [AlO 6 ] [AlO 6 ] [SiO 4 ]

11 Substitution Si - Ge augmentation du diamètre [GeO 4 ]

12 Composites imogolite - alcool polyvinylique mélange synthèse in-situ AlCl 3,6H 2 O + Si(OEt) 4 nanocomposite PVA NaturalNano Halloysite : une peinture qui bloque les appels téléphoniques Nanotubes d Halloysite métallisés/Cu Applications des nanotubes natureles Imogolite : libération contrôlée dagents biocides revêtements anti-statiques

13

14 Nanotubes doxydes

15 Solides lamellaires et nanotubes inorganiques ? Les feuillets ne peuvent senrouler que sils sont indépendants Dépôt à partir de la phase vapeur construction progressive du feuillet lors du dépôt Dépôt à partir de solution nécessité de séparer les feuillets par exfoliation

16 Gonflement des argiles dans leau Propriétés dintercalation des argiles Le bleu Maya Molécules dindigo intercalées dans une argile Matériaux hybrides

17 composites argile-polymère

18 exfoliation Séparation des feuillets par gonflement reformation du solide primitif assemblage par couches alternéeshybrides enroulement des feuillets nanotubes

19 Exfoliation des solide lamellaires Enroulement des feuillets libres

20

21 Chem. Mater. 12 (2000) 1556

22 Synthèse par voie solideK 2 CO 3 + Nb 2 O 5 K 4 Nb 6 O °C 24h K+K+ [Nb 6 O 17 ] 4- K+K+ Structure lamellaire feuillets [Nb 6 O 17 ] 4- cations intercalaires K +

23 Exfoliation K 4 Nb 6 O 17 K 4-x H x Nb 6 O 17 H+H+ Échange des cations intercalaires de façon à écarter les feuillets Gonflement osmotique suspension colloïdale de feuillets [Nb 6 O 17 ] 4- Échange acide Intercalation de cations organiques volumineux TBA + alkyl-ammonium

24 Précipitation nanotubes KCl 1 µm Feuillets exfoliés

25 enroulement feuillets exfoliés

26 (100) 6 5 feuillet enroulé nanotube (040) (100) simulé expérimental

27 Formation des nanotubes Exfoliation en doubles feuillets K + et H + entre les 2 feuillets TBA + à lextérieur H+H+ K+K+ TBA + K + /H +

28 Clivage des double feuillets H+H+ K+K+ TBA + H+H+ K+K+ H+H+ K+K+

29 Les deux faces du feuillet [Nb 6 O 17 ] ne sont pas équivalentes la face supérieure est plus encombrée que lautre courbure

30 Courbure liée à lasymétrie des feuillets courbure k 1 > k 2

31 Enroulement du feuillet

32

33 Entre 1D et 2D, il existe toute une gamme de nanostructures nanorods nanofibres nanowires nanoribbons nanobelts nanotubes


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