Chimie moléculaire, sol-gel et nanomatériaux
Robert Corriu et Nguyên Trong Anh
De l'école polytechnique
Préface5
1 Chimie moléculaire et nanosciences13
1 Introduction13
2 Cadre et origine des nanosciences. Les approches « Top Down » et « Bottom Up »15
3 La mutation chimique : d'une science de découverte à une science de création16
4 Fibres de carbone et fibres céramiques : les « ancêtres » des nanomatériaux21
4.1 Fibres de carbone22
4.2 Fibres céramiques SiC, Si3N424
5 Conclusions28
2 Les nano-objets31
1 Introduction31
2 Présentation de nano-objets32
3 Synthèse des nano-objets37
4 Le nano-objet : entrée dans les nanosciences37
5 Le nano-objet et l'exploration du nanomonde38
3 Introduction à la chimie des matériaux41
1 Généralités41
1.1 La différence entre matériaux et produits chimiques42
1.2 Quelques exemples de mise en forme et d'usage43
2 Matériaux minéraux : cristaux et verres44
3 Matériaux hybrides organique - inorganique sous contrôle thermodynamique45
3.1 Matériaux moléculaires cristallisés45
3.2 Les matériaux issus de la synthèse hydrothermale46
4 Matériaux céramiques issus des polymères organo-métalliques48
5 Matériaux polymères inorganiques (procédé sol-gel)52
5.1 Polymérisation minérale : introduction52
5.2 Caractéristiques physiques du solide obtenu61
5.3 Contrôle de la texture des matériaux66
5.4 La RMN du solide : un outil précieux74
6 Polymérisation minérale et chimie moléculaire78
7 Silice et chimie moléculaire : un duo de rêve78
7.1 Ouverture sur la chimie des autres oxydes79
7.2 Généralisation à d'autres types de combinaisons80
4 Du nano-objet au nanomatériau87
1 Les différents types de nanomatériaux87
2 La polymérisation minérale, une voie d'accès majeure aux nanomatériaux89
3 Les matériaux nanocomposites90
3.1 Nanocomposites dans les matrices de silice90
3.2 Développement prévisible des nanocomposites91
3.3 Présentation de nouvelles matrices possibles92
4 Les matériaux greffés94
4.1 Généralités : les avantages du support solide94
4.2 Les matériaux greffés : quelques généralités96
5 Séparation sélective97
6 Matériaux obtenus par polycondensation des trialkoxysilanes monosubstitués101
7 Synthèse multi-étapes - Les réactions en cascades102
5 Les matériaux nanostructurés109
1 Généralités109
2 Synthèse des nanomatériaux hybrides110
2.1 Généralités110
2.2 Pourquoi silicium et silice ?112
2.3 Principales méthodes de silylation. Quelques exemples de synthèses113
3 Les matériaux hybrides nanostructurés119
3.1 Présentation des matériaux119
3.2 Description des matériaux hybrides nanostructurés119
3.3 Quelques caractéristiques123
4 Contrôle cinétique de la texture des matériaux nanostructurés123
5 Auto-organisation supramoléculaire induite par liaisons hydrogènes124
6 Auto-organisation supramoléculaire induite par les liaisons faibles, type van der Waals126
6.1 Que peut-on entendre par auto-organisation ?126
6.2 Comportement chimique et auto-organisation128
6.3 Étude de l'auto-organisation132
6.4 Généralisation du phénomène d'auto-organisation137
6.5 Étude des systèmes tétraédriques140
6.6 Contrôle cinétique de l'auto-organisation142
6.7 Quelques réflexions sur l'auto-organisation observée145
7 Matériaux lamellaires148
8 Perspectives152
8.1 Généralités152
8.2 Propriétés dues à l'existence des nano-objets153
8.3 Influence de l'auto-organisation sur le mode de coordination dans le solide154
8.4 La coordination dans le solide : un champ d'expérimentation nouveau156
9 Quelques perspectives de développement157
9.1 Préparation de nanomatériaux à partir de nano-objets157
9.2 Utilisation des hybrides nanostructurés comme matrices de matériaux nanocomposites158
9.3 Inclusion des systèmes hybrides dans les matrices différentes de SiO2159
9.4 Fonctionnalisation des matrices160
6 La chimie sur la voie des nanomatériaux interactifs165
1 Introduction165
2 Les matériaux « adaptatifs » (Smart Materials)166
3 Sur la voie des matériaux interactifs - Définitions168
4 Les matériaux mésoporeux168
4.1 Présentation168
4.2 Quelques exemples de silices mésoporeuses169
5 Fonctionnalisation des pores171
5.1 Fonctionnalisation par greffage171
5.2 Fonctionnalisation par synthèse directe172
6 Fonctionnalisation de la charpente176
6.1 Présentation des P.M.O.S. (ou Periodic Mesoporous Organosilica)176
6.2 Perspectives et défis ouverts par ces matériaux177
7 Importance de la fonctionnalisation et des analyses pondérales180
8 Sur la voie des nanomatériaux interactifs182
8.1 Exemples de fonctionnalisation conjointe de la charpente et des pores182
8.2 Un acide et une base à l'échelle nanomérique187
9 Accès à de nouvelles matrices188
10 Sur la voie des applications biologiques189
11 Conclusions190
7 Perspectives et enjeux195
1 Généralités195
2 Développements prévisibles196