Synthèse et caractérisation structurale de nanocristaux d’oxydes métalliques

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées)

Mots-clés libres

Nanoparticules, Oxydes métalliques ZrO2 et TiO2, Synthèse par voie sol-gel non-hydrolytique, Algorithme génétique, Dynamique moléculaire, Méthode de Car-Parrinello, Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), Fonction de Distribution de Paires (PDF)

Mots-clés

Nanoparticules - Thèses et écrits académiques,

Oxydes métalliques - Thèses et écrits académiques,

Dynamique moléculaire - Thèses et écrits académiques,

Nanoparticules métalliques - Dissertations universitaires

Ce travail porte sur la synthèse de nanocristaux d’oxydes métalliques (ZrO₂ et TiO₂) de dimension inférieure à 5 nm et de distribution en taille étroite, sur leur caractérisation structurale et sur les relations taille/structure. Les synthèses ont été effectuées par un procédé sol-gel non-hydrolytique. L’étude de la structure a été menée à l’aide de diverses méthodes de simulation à l’échelle atomique empiriques et ab initio et de la technique de diffusion totale des rayons X permettant d’accéder aux fonctions de distribution de paires atomiques (PDF) des échantillons. Nous avons réussi à synthétiser des nanoparticules cristallisées de ZrO₂ et TiO₂ d’environ 3 nm et quasi mono-disperses. Dans le cas de ZrO₂, nous avons montré que l’ajout de sodium métallique dans le milieu réactionnel est un paramètre déterminant pour obtenir des échantillons parfaitement cristallisés, de structure moyenne tétragonale, et monophasés. Divers modèles de nanoclusters (ZrO₂)ₙ avec n inférieur à 200 ont été construits en utilisant des méthodes de type algorithme génétique, dynamique moléculaire et relaxation structurale. La comparaison de leur PDF avec les données expérimentales a livré plusieurs informations : (i) les configurations théoriques les plus stables énergétiquement sont les plus désordonnées, (ii) la stabilisation de la surface des modèles, obtenue en saturant celle-ci avec des molécules d’eau, permet de limiter le désordre ce qui est davantage en accord avec les données expérimentales et met en évidence le rôle majeur de la surface des objets d’une telle taille, (iii) enfin la structure, coeur et surface, évolue fortement avec la taille des particules.