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Chapter 2. Experimental setup and sample preparation 442.2.2 Synthesis of the sol-gel Si-DR1 samples2.2.2.1 The sol-gel processThe sol-gel process is based on two simple chemical reactions, which are initiated in44 presence of water and of a polymerizing Chapitre agent, in 2. our Dispositif case the et tetraethoxysilane procédures expérimentales (TEOS)44 Chapitre 2. Dispositif et procédures expérimentalesSi(OC 2 H 5 ) 4 .L’hydrolyse L’eau mise en présence des précurseurs, hydrolyse les groupements éthoxy en44groupements silanol et produit de l’éthanol Chapitre (figure2. 2.22). Dispositif Cette réaction et procédures est catalysée expérimentales en milieubasique• Hydrolysis.et acide. Sa vitesseThe ethoxyest minimalegroupsàonpHthe7 (figureTEOS2.25)molecules are hydrolyzed by water,producing ethanol. This reaction is catalyzed in both acid and basic environments,L’hydrolyse L’eau mise en présence des précurseurs, hydrolyse les groupements éthoxy enits minimum speed is at pH 7.groupements silanol et produit de l’éthanol (figure 2.22). Cette réaction est catalysée en milieubasique et acide. Sa vitesse est minimale à pH 7 (figure 2.25)L’hydrolyse L’eau mise en présence des précurseurs, hydrolyse les groupements éthoxy engroupements silanol et produit de l’éthanol (figure 2.22). Cette réaction est catalysée en milieubasique et acide. Sa vitesse est minimale à pH 7 (figure 2.25)pastel-00527388, version 1 - 19 Oct 2010FIG. 2.22: Schéma réactionnel de l’hydrolyse du tétraéthoxysilane (TEOS)La condensation La condensation conduit soit à l’expulsion d’une molécule d’éthanol parréaction FIG. entre2.22: un FIG. groupement 2.22: Schéma Schéma éthoxy réactionnel Figure etde un de2.12: groupement l’hydrolyse hydrolysis. du du silanol tétraéthoxysilane (réaction(TEOS)d’alcoxolation, (TEOS) figure2.23), soit par l’expulsion d’une molécule d’eau par réaction entre deux groupements silanols(réaction d’oxolation, figure 2.24)• Condensation. In this step either an ethanol molecule is expelled due to anLa condensation La condensation conduit soit à l’expulsion d’une molécule d’éthanol paralcoxolation reaction between an ethoxy group and a silanol group (Figure 2.13),réaction entre un groupement éthoxy et un groupement silanol (réaction d’alcoxolation, figure2.23), soit or par a water l’expulsion molecule d’une is expelled moléculedue d’eau to an paroxolation réaction entre reaction deuxbetween groupements two silanols(réactiongroups d’oxolation, (Figure figure 2.14). 2.24)La condensation La condensation conduit soit à l’expulsion d’une molécule d’éthanol parréaction entre un groupement éthoxy et un groupement silanol (réaction d’alcoxolation, figure2.23), soit par l’expulsion d’une molécule d’eau par réaction entre deux groupements silanols(réaction d’oxolation, figure 2.24)FIG. 2.23: Schéma réactionnel de la condensation entre un groupement éthoxy et un groupement silanol (alcoxolation)Ces deux réactions ont pour conséquence la formation d’un pont siloxanes Si-O-Si, unité debase du polymère inorganique. Pour le TEOS, la vitesse de condensation présente un minimumFIG. 2.23: Schéma réactionnel de la condensation Figureentre 2.13: un groupement alcoxolation.à pH 2-3, un maximum à pH 7. Pour un pH élevé la réversibilité éthoxy et un degroupement la réactionsilanol peut (alcoxolation)devenirimportante.FIG. 2.23: Schéma Ces deux réactionnel réactions deont la condensation pour conséquence entrela unformation groupement d’un éthoxy pont siloxanes et un groupement Si-O-Si, silanol unité de (alcoxolation)du polymère inorganique. Pour le TEOS, la vitesse de condensation présente un minimumbaseà pH 2-3, un maximum à pH 7. Pour un pH élevé la réversibilité de la réaction peut devenirimportante.Ces deux réactions ont pour conséquence la formation d’un pont siloxanes Si-O-Si, unité debase du polymère inorganique. Pour le TEOS, la vitesse de condensation présente un minimumFIG. 2.24: Schéma réactionnel de la condensation entre deux groupements silanol (oxolationà pH 2-3, un maximum à pH 7. PourFigure un pH2.14: élevé oxolation.réversibilité de la réaction peut devenirimportante.2.4.1.2 Rôle de la catalyseEn milieu basique ou neutre, on favorise la réaction de condensation par rapport à l’hydrolyse(voir figure 2.25). Le polymère est progressivement alimenté en monomères : ce méca-FIG. 2.24: Schéma réactionnel de la condensation entre deux groupements silanol (oxolationnisme favorise la croissance de particules denses (10 à 100 nm). En milieu acide en revanchela réaction d’hydrolyse est plus rapide que la réaction de condensation [15], l’ensemble des