Elaboration of TiO₂ nanoparticle-based organic-inorganic hybrids : modification and study of the organic component - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Elaboration of TiO₂ nanoparticle-based organic-inorganic hybrids : modification and study of the organic component

Élaboration de matériaux hybrides organiques-inorganiques à base de nanoparticules de TiO₂ : modification et étude de la composante organique

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Abstract

TiO₂-based nanoparticulate organic-iniorganic hybrid materials with the organic component consisting of co-polymers were prepared. A successful association of hydrophobic and hydrophilic organics makes the hybrid solutions stable against atmospheric moisture and preserved single nanoparticle morphology at high inorganics concentrations up to 3 mol/l Ti over a week. The compositional modifications of the hybrids were investigated at the solvent exchange and polymerization stages of preparation. It was shown that the inorganic nanoparticles retain solvent molecules at the surface even at high temperatures above boiling point (up to the organics decomposition temperature). The nanoparticles also catalyze the organics decomposition shifting this process to lower temperatures. The major products of HEMAisopropanol decomposition were assigned to 2-methyl propionic acid and 2-hydroxy ethyl acetate and methyl methacrylate, which last was also observed as the synthesis impurity. The quantities of the released species were proportional to the nanoparticles concentration. The TEM measurements evidenced unprecedently homogenous distribution of the smallest nanoparticles of the size 3.0 nm previously assigned to nucleus, which serves as elementary building block of TiO₂ solids. These findings have to be taken into consideration by investigating electronic properties of the materials and determining their application fields. We evaluated availability of the obtained nanoparticulate organic-inorganic hybrid materials for micromashining via DLW (2PP) processing.
Des matériaux hybrides organiques/inorganiques formés de nanoparticules de TiO₂ et d’un polymère ont été synthétisés. Une copolymérisation de monomères hydrophobes (EMA) ethydrophiles (HEMA) a permis d’améliorer la stabilité des solutions hybrides en présence d’humidité, notamment sous atmosphère ambiante, tout en préservant, pendant au moins une semaine, la morphologie des nanoparticules jusqu’à des concentrations en titane de 3 mol/l. Les modifications de la composition des hybrides ont été investiguées pendant les étapes d’échange du solvant et de polymérisation. Il a été montré que les nanoparticules retiennent sur leur surface des molécules du solvant (2-propanol) même à haute température au-dessus du point d’ébullition(et jusqu’au point de décomposition). Les produits de décomposition les plus importants du HEMA ont été identifiés : 2-methyl propionic acid, 2-hydroxy ethyl acetate et methylmethacrylate. Ce dernier a été également observé comme une impureté de la synthèse. Les quantités des produits libérés son proportionnelles à la concentration des nanoparticules. Des analyses MET ont mis en évidence une distribution très homogène des nanoparticules d’une taille de 3,0 nm préalablement attribuée au nucleus servant de brique élémentaire dans la formation des solides de TiO₂. Ces résultats doivent être pris en compte lors des études de propriétés électroniques et fonctionnelles des matériaux afin d’envisager leurs champs d’application. Nous avons évalué ces matériaux hybrides inorganiques-organiques pour le micro-usinage laser par un procédé d’écriture direct par laser à deux photons.
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Cite

Ana Paola Diazgomez Trevino. Elaboration of TiO₂ nanoparticle-based organic-inorganic hybrids : modification and study of the organic component. Chemical and Process Engineering. Université Paris-Nord - Paris XIII, 2019. English. ⟨NNT : 2019PA131080⟩. ⟨tel-03228914⟩
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