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RÉSUMÉ
Le concept de chimie intégrative est basé sur le formidable potentiel de modes de construction permettant de combiner de manière rationnelle formes et fonctionnalités d’architectures complexes de molécules. Cette science se veut interdisciplinaire par nature, puisqu’elle associe synthèse chimique, physico-chimie des fluides complexes, physique et biologique. Cet article débute par la présentation de quelques exemples précis de composés complexes élaborés, couvrant des domaines aussi variés que l’optique, les senseurs ou les procédés de séparations de phases. Sont présentées ensuite les propriétés obtenues grâce à cette approche transverse avant d’évoquer les perspectives d’avenir. La chimie intégrative peut être définie comme une « boîte à outils » contenant les instruments nécessaires à la réalisation d'édifices complexes aux propriétés préétablies.
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INTRODUCTION
Le concept de chimie intégrative, où la fonction finale du composé induit les modes de compétences nécessaires pour l’atteindre, ouvre la voie d’une démarche rationnelle de design d’architectures fonctionnelles innovantes, fonctions allant de la catalyse, à l’optique en passant par les senseurs ou les procédés de séparations de phases, etc.
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2. Exemples d’architectures monolithiques tridimensionnelles à porosité hiérarchisée
2.1 Mousses et structuration
2.1.1 Exemple d’une approche bottom-up partant de l’échelle moléculaire
Les mousses sont des systèmes thermodynamiques métastables (mûrissement d’Ostwald, coalescence et drainage détériorent leur texture) structurées par des bords de Plateau, nœuds et films (figure 2). Ces mousses peuvent servir d’ empreintes à un minéral en croissance (polymère inorganique). La morphologie d’une cellule de mousse dépend fortement de la fraction volumique en eau de celle-ci et se met en évidence par la relation suivante :
avec :
- LbP :
- longueur des bords de Plateau,
- a :
- épaisseur des bords de Plateau,
- r :
- courbure des bords de Plateau,
- ρ :
- fraction volumique en eau d'une mousse.
Mûrissement d'Ostwald : la pression de Laplace régnant au sein de petites bulles d'une mousse est supérieure à celle des grandes. Pour équilibrer le potentiel chimique du gaz au sein des bulles (et tendre vers l'équilibre thermodynamique du système), du gaz va migrer des petites bulles vers les grandes. Ainsi, les petites bulles tendent à être consommées par les grandes, ce qui se traduit par une tendance à l'homogénéité en taille des bulles d'une mousse avec le temps. Il est à noter que ce mûrissement d'Ostwald est applicable également aux émulsions, et dans certains cas au procédé de croissance de particules.
-
Ainsi avec un squelette à base de SiO2, une mousse sèche (à fraction volumique en eau faible) est associée à une structure alvéolaire polygonale (figure 2a), alors qu’une mousse humide (à fraction volumique...
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(6) - RIBOT (F.), SANCHEZ (C.) - Design of hybrid organic-inorganic materials synthesized via sol-gel chemistry - New...
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