Synthèse de particules céramiques et formation de matériaux composites architecturés

Vers la formation de nacres artificielles.

Responsable d'activité
Julien Schmitt
Chargé de Recherches CNRS
contact:  Julien.Schmitt@saint-gobain.com

Thématiques de Recherches

Les matériaux composites, formés de plusieurs constituants, sont des systèmes particulièrement prometteurs pour les nouvelles propriétés obtenues, comme des propriétés optiques, photoniques ou encore mécaniques. Au LSFC, nous nous intéressons à la synthèse et la mise en forme de céramiques composites texturées, dites "nacres artificielles". En effet, l'organisation au sein du composite est primordiale pour promouvoir l'effet désiré. La nacre naturelle par exemple, mélange entre des plaquettes d'Aragonite et d'une matrice organique, présente une structure de type "briques et mortier" qui permet au matériau d'avoir une ténacité plus de dix fois supérieure à la somme de ses constituants. Après nous être longtemps intéressés aux arrangements de plaquettes d'alumine dans une phase verre (travaux de Sylvain Deville, Directeur de Recherches CNRS, et de son équipe), nous cherchons à développer de nouvelles particules anisotropes d'oxyde métallique pour servir de briques pour le composite, ainsi qu'à diverses "matrice" (polymère ou inorganique) et méthodes de mise en forme de matériau, comme la texturation par le froid ou l'impression 3D.

Synthèse de particules anisotropes

Nous nous intéressons par différentes méthodes de synthèse à la formation de particules d'oxyde métallique micrométriques à la morphologie anisotrope bien contrôlée (plaquettes, bâtons etc) pour être utilisées comme briques dans la fabrication de nacres artificielles. Nous avons par exemple formé des particules de silice avec diverses morphologies (plaquettes, grains de riz, bâtons courts ou long, tores). Pour comprendre les mécanismes de synthèse de ces matériaux, et ainsi faire de la conception rationnelle, nous étudions les synthèses par diffusion des rayons X/neutrons aux petits angles, que nous faisons au travers de collaborations ou de demandes de temps de faisceau sur grands instruments (Soleil, ISIS, ILL, ESRF...). Nous nous intéressons actuellement à divers oxydes métalliques, afin de développer des céramiques à haute propriétés mécaniques ou conductrices par exemple.

Images MEB de particules de silice tirées de [1]

Organisations d'objets anisotropes

Un des grands enjeux pour la fabrication de nacres artificielles concerne l'arrangement des particules anisotropes dans le matériau, notamment le contrôle de leur orientation. Nous étudions diverses méthodes pour orienter particules micrométriques et nanoparticules en suspension ou dans des gels: comme l'utilisation de champs électriques ou l'effet du cisaillement; ou encore la texturation par le froid, ou des méthodes d'impression 3D.

Publications

[1] Schmitt, J. et al, Outset of the Morphology of Nanostructured Silica Particles during Nucleation followed by Ultra Small Angle X-ray Scattering, Langmuir (2016), 32 (20), 5162–5172

Equipe
 
 
Julien Schmitt Chargé de Recherches CNRS Julien.Schmitt@saint-gobain.com
Anciens Membres
Baptiste Rouchié Stagiaire