Elaboration et caractérisation de phases cristal liquides de suspensions de rutile (TiO2). Propriétés physiques anisotropes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Elaboration and Characterization of liquid-crystalline phases of rutile (TiO2). Anisotropic physical properties

Elaboration et caractérisation de phases cristal liquides de suspensions de rutile (TiO2). Propriétés physiques anisotropes

Résumé

TiO2 rutile nanorods of average length L = 160 +/- 40 nm and average diameter D = 15 +/- 5 nm have been synthesized through a seed-mediated growth process by TiCl4 hydrolysis in concentrated acidic solution, inspired of a Chimie Douce method. These nanorods were dispersed in water to yield stable (aggregation-free) colloidal aqueous suspensions. At volume fractions phy > 3%, the suspensions spontaneously display a phase separation into an isotropic liquid phase and a liquid-crystalline phase identified as nematic by X-ray scattering. At phy > 12 %, the suspensions form a nematic single phase, with large order parameter, S = 0.75 +/- 0.05.
Very well aligned rutile films on glass substrate were produced by spin-coating and their photocatalytic properties were examined by monitoring the decomposition of methylene blue under UV-light. We found that UV-light polarized along the quadratic axis of the rutile nanorods was most efficient for this photocatalytic reaction.
Some experiments of conduction have been performed. TiO2 rutile is a semi conductor with, for the bulk, a gap of around 3 eV. As in the photocatalytic studies, the polarized UV-light has a huge influence on the charge transport. A Schottky diode behaviour has been observed and explained. Irradiation in the visible spectrum has been shown to have no consequence on the properties of conduction. Rutile films have been also characterized to estimate the correction for the gap of anisotropic nanoparticles. Finally, a thermal study and a comparison with a monocrystal have been done.
Les phases cristal-liquides minérales se situent à l'interface de la chimie colloïdale, de la physique de la matière molle et de la physique du solide. Largement utilisées dans l'industrie, les nanoparticules de TiO2 de variété rutile sont des candidates de choix à une étude visant à relier propriétés du matériau massif et propriétés d'une assemblée orientée de petits objets anisotropes.
Le travail présenté montrera comment il est possible d'élaborer par Chimie Douce des nanoparticules anisotropes afin d'obtenir en milieu aqueux une mésophase, de nature nématique, et de la caractériser. De plus, des suspensions de bâtonnets, même relativement diluées, s'orientent sous cisaillement, ce qui permet de produire par spin-coating des films anisotropes. Ces films sont des échantillons de choix pour effectuer des mesures, sous irradiation ultraviolette, de photocatalyse d'espèces organiques dissoutes ou encore de photoconduction. Ces mesures peuvent être comparées avec les résultats obtenus à l'aide d'un monocristal de TiO2 présentant les mêmes facettes cristallographique [110] que les nanoparticules.
Un film orienté de bâtonnets de rutile présente naturellement des propriétés anisotropes. En outre, nous avons mis en évidence une forte dépendance des propriétés catalytiques et de la conductivité électronique avec la polarisation de l'irradiation ultra-violette. Nous montrerons dans quelle mesure la théorie des bandes permet d'expliquer ces effets.
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Dates et versions

tel-00354476 , version 1 (19-01-2009)

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  • HAL Id : tel-00354476 , version 1

Citer

Arnaud Dessombz. Elaboration et caractérisation de phases cristal liquides de suspensions de rutile (TiO2). Propriétés physiques anisotropes. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université Paris Sud - Paris XI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00354476⟩
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