Synthèse non-hydrolytique et structure de nanoparticules de ZrO2

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées)

Mots-clés libres

Nanoparticules, Benzaldéhyde alcalinisé

Mots-clés

Zircone,

Rietveld, Méthode de,

Sol-gel, Procédé,

Rayons X -- Diffraction

Ce travail traite de la synthèse et de la caractérisation structurale de nanoparticules d'oxyde de zirconium (ZrO2) ainsi que de leurs relations taille/structure. Nous avons élaboré des nanoparticules de taille inférieure à 5 nm avec une distribution de taille étroite en utilisant une voie sol-gel non hydrolytique solvothermale. La diffraction des rayons X classique a été utilisée pour évaluer la taille des cristallites via des affinements de Rietveld et la diffusion totale des rayons X pour extraire les fonctions de distribution des paires (PDF) des échantillons et effectuer leur analyse structurale.Nous avons réussi à synthétiser des nanoparticules cristallines de ZrO2 d'une taille d'environ 3 nm et quasi mono-disperses. Nous avons montré qu'une addition d'hydroxyde de sodium dans le mélange réactionnel était pertinente pour obtenir des nanoparticules bien cristallisées et monophasées présentant une structure moyenne soit monoclinique soit tétragonale en fonction du solvant utilisé, respectivement dans le benzaldéhyde ou dans l'alcool benzylique. Enfin, la dilution de l'alcool benzylique par l'anisole, un solvant inerte, conduit au contrôle fin de la taille moyenne des nanoparticules de 3,2 nm à 2 nm selon l'étude MET.Ces trois échantillons principaux préparés dans le benzaldéhyde alcalinisé, l'alcool benzylique ou l'anisole ont été soumis à une analyse structurale complète. Selon leur analyse PDF, ces trois échantillons offrent un aperçu de la compréhension des propriétés structurales de ces petites particules.La PDF expérimental de l'échantillon préparé avec du benzaldéhyde coïncide avec la PDF affinée d'un modèle structural monoclinique. Cependant, la PDF expérimentale de l'échantillon préparé avec de l'alcool benzylique n'est conforme à aucun des polymorphes connus de ZrO2 ayant une structure dérivée de la fluorine, mais présente plutôt une structure tétragonale moyenne avec des distorsions monocliniques à l'ordre local. Enfin, la PDF expérimentale de l'échantillon préparé avec de l'anisole présente de fortes distorsions structurales dans le domaine de l'ordre à moyenne distance, mais aussi une structure de type monoclinique à l'ordre local.Ensuite, l'échantillon préparé avec l'anisole a été soumis à un vieillissement assisté thermiquement (3 à 24 jours) et on a ajouté des quantités variables d'eau ex-situ (teneur en volume de 0,3 à 5%). Nous avons observé que les nanoparticules évoluaient d'une phase contenant un désordre élevé (3 jours) à une structure mieux cristallisée (24 jours) correspondant à une structure tétragonale moyenne tout en maintenant une distorsion monoclinique à l'ordre local. De manière similaire, l'addition d'eau ex-situ sur le mélange réactionnel favorise une cristallisation plus rapide et favorise l'apparition de pics typiques de la structure monoclinique. Cependant, la formation de phase monoclinique a été inhibée par la présence d'hydroxyde de sodium, mais limitée à environ 2% en volume d'eau, et une valeur plus élevée que cette quantité conduit à la formation de grandes particules de structure monoclinique.