Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide - LPCES

Oxydes à valence mixte ou à nanograins



4. Oxydes à nanograins



DA






ELABORATION ET CARACTERISATIONS PHYSICO-CHIMIQUES
D’OXYDES DE METAUX DE TRANSITION A NANOGRAINS



Du fait de leurs propriétés physico-chimiques remarquables, les oxydes de métaux de transition sont utilisés dans de nombreuses applications telles que l’enregistrement magnétique, la conversion et le stockage de l’énergie, la microélectronique, la catalyse…
En outre, l’intégration et la diminution des volumes des matériels électroniques ont orienté les travaux de recherche actuels vers de nouvelles structures et mises en forme, associées à des optimisations fines : citons, par exemple, les ferrites à basses températures de frittage et à faibles pertes ou encore les modifications des interactions d'échange dans les matériaux ferromagnétiques nanocristallins qui sont à l'origine de propriétés de douceur magnétique qui n’avaient jamais été observées auparavant.
L’une des voies de recherche correspondant à cet objectif « nouveaux matériaux » est constituée par le développement de techniques de synthèse originales, dites de « chimie douce ». Ces voies de synthèse mettent en jeu au moins une étape d’élaboration de l’édifice solide en milieu aqueux ou organique, via des réactions redox, d’échange d’ions, de polymérisation inorganique… etc… ou une combinaison de ces réactions. On aboutit ainsi à des solides présentant des structures nouvelles (dopées ou non) et/ou à des édifices moins organisés (amorphes) que ceux issus de la voie de synthèse classique, tout solide, à haute température.
L’un des atouts majeurs des techniques de synthèse par « chimie douce » réside dans la mise en œuvre de températures de synthèse relativement basses (< 300°C) comme, par exemple, dans le cas de l’électrosynthèse, de la synthèse hydrothermale, des procédés sol – gel ou de la mécanochimie, tout en bénéficiant d’une réactivité optimisée des réactifs (grâce au milieu liquide, par exemple). D’autre part, de nombreux paramètres expérimentaux peuvent être facilement modifiés et contrôlés (potentiel, pH, concentration, température, pression…).
On a donc ainsi la possibilité d’obtenir une variabilité de la structure, de la stœchiométrie, mais aussi de la morphologie, de la texture et de la taille des cristallites. Et d’une façon générale, ces dernières ont des dimensions très nettement inférieures (nanograins) à celles obtenues par la voie céramique conventionnelle.

Equipements de recherche dédiés à cette thématique :

- générateurs de courant continu L.V. Power Supply (ELC) ;
- potentiostats EG&G 362 (P.A.R.) ;
- potentiostat/galvanostat EG&G 173 (P.A.R.) ;
- potentiostat/galvanostat PGZ 100 (Radiometer Analytical) ;
- polarographe impulsionnel PRG5 avec générateur de signaux GSTP3 externe (Rad. Analy.) ;
- impédancemètre à fréquence fixe HP 4800A (Hewlett Packard) ;
- impédancemètre basses fréquences (100 kHz - 1 mHz) PGZ 100 (Radiometer Analytical) ;
- impédancemètre basses fréquences (5 Hz – 0,1 mHz) EG&G 276 (P.A.R.) ;
- impédancemètre moyennes fréquences (120 kHz – 0,5 Hz) EG&G 5209 (P.A.R.) ;
- impédancemètre hautes fréquences (13 MHz - 5 Hz) HP 4192A (Hewlett Packard) ;
- réacteur sous pression (1 L, 140 bars, 350°C, agitation magnétique) PARR 4523 ;
- broyeur/mélangeur planétaire (bols et billes en agate) série S1 (Retsch) ;
- centrifugeuse 6000 tr.min-1 ;
- boîte à gants inox (Jacomex)








DA
SYNTHESES AND PHYSICO-CHEMICAL CHARACTERIZATIONS
OF NANOSIZED TRANSITION METAL OXIDES



Because of their remarkable physico-chemical properties, transition metal oxides are used in many applications such as tape recording, conversion and storage of energy, micro-electronics, catalysis...
Moreover, the integration and the reduction of the electronic devices volumes direct current research in materials chemistry towards new structures, associated with fine optimizations : we can mention, for example, ferrites with low temperatures of sintering or exchange interactions modifications in nanocrystalline ferromagnetic materials which are at the origin of magnetic softness properties that had never been observed before.
One possible way corresponding to this "new materials" objective exists through the development of original "soft chemistry" techniques. These syntheses contain at least one step of solid-building, in aqueous or organic medium, via redox reactions, ionic exchange, inorganic polymerization... or a combination of these reactions. One leads thus to solids with new (doped) structures and/or with edifices less organized than those resulting from all solid syntheses at high temperature.
One of the major assets of the "soft chemistry" techniques resides in the relatively low temperatures used (< 300°C), as in the case of the electrosynthesis, the hydrothermal process, the sol-gel route or the mecanochemical activation, with the benefit of an optimized reactivity of the reagents at the molecular level (thanks to the liquid medium, for example). In addition, many experimental parameters can be easily modified and controlled (voltage, pH, concentration, temperature, pressure…).
It gives then the possibility to obtain a panel of structures and stoechiometries but also of morphologies, textures and sizes (espacially crystallites at nanometer scale).


Dedicated equipments :

- direct current generators L.V. Power Supply (ELC) ;
- potentiostats EG&G 362 (P.A.R.) ;
- potentiostat/galvanostat EG&G 173 (P.A.R.) ;
- potentiostat/galvanostat PGZ 100 (Radiometer Analytical) ;
- pulse polarograph PRG5 with external wave generator GSTP3 (Rad. Analy.) ;
- vector impedance-meter HP 4800A (Hewlett Packard) ;
- low frequencies (100 kHz - 1 mHz) analyzer PGZ 100 (Radiometer Analytical) ;
- low frequencies (5 Hz – 0,1 mHz) analyzer EG&G 276 (P.A.R.) ;
- medium frequencies (120 kHz – 0.5 Hz) analyzer EG&G 5209 (P.A.R.) ;
- high frequencies (13 MHz - 5 Hz) analyzer HP 4192A (Hewlett Packard) ;
- bench top reactor (1 L, 140 bars, 350°C, magnetic stirring) PARR 4523 ;
- planetary ball mill (with agate vessels) S1 serie (Retsch) ;
- centrifugal machine 6000 rd.min-1 ;
- glove box (Jacomex)




autoclave
broyeur
Réacteur sous pression (Bench Top Reactor)
PARR 4523
Broyeur – Mélangeur (Planetary Ball Mill)
RETSCH S 1
boite à gants
Boîte à gants sous Argon
(Argon Glove Box)
JACOMEX
Labo chimie
1 décembre, 2008ochimie" width="450" height="301">
Laboratoire de chimie
(Chemistry Laboratory)
Laboratoire d’électrochimie
(Electrochemistry Laboratory)