6.1.4. Mécanismes de formation
Différents mécanismes de formation permettent
d'accéder à des matériaux mésoporeux de type MCM-41
: le liquid crystal templating (LCT), l'auto-assemblage et l'auto-assemblage
coopératif.
6.1.4.1. Liquid crystal templating
La formation de la structure est basée sur le
mécanisme LCT proposé par Kresge et al.136 , dans
lequel une espèce organique s'organise pour former une structure
centrale entourée d'une ou plusieurs couches d'oxydes
inorganiques.155,156 Comme l'illustre la figure 62, les
molécules de tensioactif s'organisent en micelles pour former une phase
cristal-liquide (1), la tête hydrophile du tensioactif se
placant à la surface externe des micelles. Les produits
de l'hydrolyse du précurseur vont alors interagir avec les têtes
polaires des micelles et se condenser autour du cristal-liquide (2). Le
matériau obtenu après calcination est la réplique inverse
du cristal-liquide (3).
Figure 62 : Mécanisme LCTproposé par Kresge et
al.136
6.1.4.2. Auto-assemblage
Le phénomène d'auto-assemblage, quant à
lui, se produit lorsque les concentrations en tensioactifs présents dans
le mélange sont inférieures à celles utilisées dans
le mécanisme LCT, et notamment à la concentration micellaire
critique (CMC 2). Ainsi, seules des micelles isolées et
dispersées sont présentes dans le milieu réactionnel (1).
Quelques couches de silice vont alors se déposer sur ces micelles
isolées après l'ajout du précurseur inorganique (2). La
condensation de la phase siliceuse résultera de l'agrégation de
ces cylindres (3), et donnera naissance à un matériau
mésoporeux présentant une taille de pore régulière
(4). (Figure 63)
Figure 63 : Représentation schématique du
processus d'auto-assemblage.
6.1.4.3. Auto-assemblage coopératif
Ce mécanisme se met en place lorsque la concentration
en tensioactif est faible comparée aux deux mécanismes
précédents (< CMC 1). Dans ce cas, aucune micelle cylindrique
n'est présente dans le milieu. La condensation de la phase
silicatée induit alors la formation et l'agrégation des micelles.
Le processus d'assemblage des molécules de tensioactif est piloté
par la densité de charge présente à l'interface entre la
phase organique et la phase inorganique. Les ions silicatés
chargés se compensent alors avec les têtes chargées des
molécules de tensioactif. Avec la condensation de la silice, la
densité de charge diminue, et fait augmenter la surface par tête
polaire, conduisant à un réarrangement des charges pour respecter
l'électroneutralité. Ces changements entraînent une
augmentation de la courbure de la phase organique, produisant ainsi une
mésostructure similaire à celle obtenue avec le mécanisme
d'auto-assemblage.
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