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Couplage chimie douce- séchage aérosol : Un vent de changement souffle sur la production de poudres mésostructurées fonctionnelles

Cédric BOISSIERE, LCMCP, Collège de France

22 janvier 2014

Vendredi 14 février, 11h

Historiquement très utilisé (par exemple pour la production de masse de lait en poudre), le procédé de séchage par aérosol consiste à atomiser une solution en fines gouttelettes, puis à évaporer leur solvant afin de produire des poudres constituées de grains sphériques. Au cours des dix dernières années, des avancées majeures ont été réalisées dans le design et la construction de poudres hiérarchiques mésostructurées. Le grand succès du couplage de la chimie douce au procédé de séchage aérosol s’est traduit par une croissance exponentielle des comptes rendus de recherches et un regain d’intérêt industriel marqué pour la production de poudres fonctionnelles dans des domaines variés. La richesse de composition chimique et la basse température de réaction de la chimie sol-gel, couplée à l’efficacité du procédé de séchage aérosol pour amalgamer en une étape, et pour un coût très modéré, des composés très divers présents dans une solution a ainsi permis de produire des poudres de compositions très variées, aussi bien dans la famille des céramiques ou des hybrides (organique-inorganique), que des nanocomposites fonctionnels. Des structures hiérarchiques, poreuses ou non, peuvent également être produites par incorporation d’agents texturants (tels des tensioactifs, des copolymères à blocks, des latex ou autre) qui servent à orienter le positionnement de chacun des constituants non volatiles de la solution initiale dans la particule produite par séchage. Le choix de ces agents texturants permet également de générer une ou plusieurs porosités dans ces poudres. Ces pores, de taille et d’organisation contrôlables finement de l’échelle nanométrique à micrométrique permettent de créer des structure multifonctionnelles innovantes. Les matériaux poreux complexes obtenus en laboratoire par cette voie peuvent ainsi appartenir à la famille des silicates, aluminates ou oxydes de métaux de transition, peuvent incorporer directement des fonctions organiques, et inclure également des nanoparticules de composition diverses (oxydes métalliques, métaux, phosphures métalliques...) permettant d’intégrer des fonctionnalités additionnelles aux poudres ainsi produites. Le très bon rapport complexité_de_structure/coût_de_production, et la bonne maîtrise industrielle des procédés aérosols permettent d’envisager des emplois innovants pour ces matériaux dans pratiquement tous les domaines d’applications des poudres (y compris pour des applications à basses valeurs ajoutée), par exemple, la catalyse, les pigments, les capteurs, la photonique, les vecteurs thérapeutiques multifonctionnels, la nano-ionic, l’énergie, les biomatériaux, ... La présentation donnera un aperçu global de l’approche de synthèse décrite ci-dessus. Les principales stratégies de réalisation des matériaux hiérarchiques et/ou multifonctionnels ainsi produits seront abordés avec leurs avantages et leurs inconvénients [1]. Quelques exemples de couplages de propriétés ciblés pour une application spécifique seront également présentés pour illustrer l’extrême simplicité avec laquelle on peut réaliser et optimiser des structures complexes, difficiles ou chères à produire par d’autres voies.

1. C. Boissiere, D. Grosso, A. Chaumonnot, L. Nicole, C. Sanchez, Advanced Materials, 2011, 23, 599-623