Les étranges propriétés des nanoparticules synthétiques de talc

Publié par Adrien le 06/02/2020 à 14:00
Source: CNRS INC
Les travaux scientifiques de l'équipe Géomatériaux du GET ont permis l'élaboration de géo-matériaux composites pluri-fonctionnels originaux. Les équipes travaillent à faire varier les spécificités qui leur confèrent de nouvelles propriétés. Néanmoins, même si ces nouveaux géométriaux sont synthétisés en laboratoire, l'origine de ces propriétés reste méconnue. Une étude issue d'une collaboration nationale a permis d'identifier la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon...) des talcs synthétiques et ainsi de comprendre les mécanismes et processus à l'origine de propriétés supplémentaires à celles des talcs naturels, notamment un comportement hydrophile et une super capacité d'adsorption (L'adsorption, à ne pas confondre avec l'absorption, est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquides se fixent sur les surfaces solides des adsorbants selon divers processus plus...).

Les travaux scientifiques antérieurs de l'équipe Géomatériaux du GET ont permis l'élaboration de géo-matériaux composites pluri-fonctionnels originaux, incluant les nanotalcs. Bien qu'ils soient synthétisés en laboratoire, les origines des propriétés chimiques, mécaniques et électroniques de ces nanotalcs restent peu identifiées.


(a) Structuration des particules de talc et (b) signaux RMN des couches normales et défectueuses

Un travail collaboratif (Le travail est souvent naturellement collectif et collaboratif, c'est-à-dire qu'il fait interagir plusieurs acteurs pour la réalisation de...) entre les laboratoires GET (UMR 5563 Toulouse), LRS (UMR 7197 Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège dédié...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris) et LAMS (UMR 8220 Sorbonne Université Paris) a été conduit au cours de la thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard du sujet ou du thème qu'il...) de Mathilde Poirier. Axé sur les nanoparticules synthétiques de talc, ce travail a combiné une étude cristallochimique, des analyses par Résonance Magnétique Nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son application la plus connue l'imagerie par résonance magnétique (IRM), est une technique...) (RMN 1D, et 2D) et des calculs DFT (Density Functional Theory). Les résultats majeurs indiquent que les particules de talc synthétique se composent d'un assemblage de feuillets 'normaux' et de feuillets "défectueux".

Pour des raisons de croissance cristalline, les feuillets défectueux sont rejetés aux interfaces externes des particules, tandis que les feuillets "normaux" composent leur coeur.

L'identification des contributions provenant des feuillets "normaux" et des feuillets "défectueux" sur les spectres RMN 1H, 29Si et 23Na permet d'avoir un regard à la fois sur la structure interne du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en...), et sur sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) externe en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) avec le milieu environnant. De ceci, a découlé la possibilité de déterminer la taille des particules de talc synthétique à partir de l'analyse de leurs spectres RMN. Les résultats obtenus ont par ailleurs été mis en confrontation avec les valeurs de taille déterminées par les méthodes DRX (diffraction des rayons X sur nanoparticules), DLS (Dynamic Light Scattering) et BET (Surface specifique), et des corrélations ont ainsi pour la première fois été réalisées entre ces quatre techniques.


Distribution de taille des particules de talc synthétique en fonction du temps de synthèse

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de ces résultats est un premier pas vers la compréhension du comportement hydrophile et de super capacité d'adsorption des nanoparticules synthétiques de talc, qui leur donnent des propriétés supplémentaires à celles du talc naturel.

Références:
Complementarity of Density Functional Theory and Nuclear Magnetic Resonance Tools To Probe the Nano-Layered Silicates Surface Chemistry and Morphology.
Mathilde Poirier, Yannick Millot, Elisa Silva Gomes, Maguy Jaber, Virginie Herledan, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Laugel, Pierre Micoud, François Martin, Hélène Lauron-Pernot, and Hervé Toulhoat.
The Journal of Physical Chemistry C Article ASAP.
DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b05903
Publication en preview sur le site du journal: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpcc.9b05903
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