Projet ANR-12-BS08-0004 – CollZSiC : Elaboration de nanocomposites coeur/coquille : ZrC/SiC
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Sylvie FOUCAUD (Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface)
Partenaires : Chimie de la Matière Condensée de Paris; Laboratoire Francis Perrin; Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide
Montant : 594775.0 euros
Durée : 48 mois
Résumé : Elaboration de nanocomposites Coeur/Coquille : ZrC/SiCCe projet devrait contribuer d’une part, au développement de procédés d’élaboration originaux de nanostructures cœur/coquille non-oxydes, en utilisant une approche combinant caractérisation et modélisation. D’autre part, il devrait ouvrir de nouvelles perspectives d’applications dans les domaines précités, à savoir le nucléaire, l’aéronautique et la sidérurgie.
Vers de nouveaux matériaux composites non-oxydes à architectures originalesLes systèmes seront élaborés à partir de polycarbosilanes (PCSs) originaux, précurseurs de carbure de silicium, enrobant des nanoparticules de carbure de zirconium, obtenues par carboréduction de la zircone. La génération de nanoparticules cœur/coquille sera réalisée par pyrolyse laser. Une étude de modélisation des phénomènes de surface par la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), combinée à des analyses structurales fines, sera entreprise pour suivre les différentes étapes du procédé de synthèse.
Contrôle de la structure coeur/coquille au cours du procédé d'élaborationSur un plan scientifique, les méthodes mises en place visent la maîtrise :-	de la fonctionnalisation de surfaces de nanoparticules de ZrC et, plus généralement de carbures métalliques ;-	du greffage de macromolécules organiques en surface des particules cristallisées ;-	de l’élaboration de suspensions hybrides adaptées à la pyrolyse laser ;-	de la compréhension systématique, via la modélisation, des phénomènes physico-chimiques aux surfaces et interfaces.
Résumé de la soumission : Le présent projet vise à développer de nouveaux matériaux nanocomposites ZrC/SiC de type coeur/coquille. L’élaboration de ces systèmes non-oxydes d’architecture totalement originale constitue un réel défi au niveau des approches de synthèse et devrait présenter un très fort intérêt applicatif en tant que matériaux thermostructuraux, dans des domaines tels que le nucléaire, l’aéronautique ou la sidérurgie.Ces systèmes seront élaborés à partir de polycarbosilanes (PCSs) originaux, précurseurs de carbure de silicium, enrobant des nanoparticules cristallisées de carbure de zirconium, obtenues par carboréduction de la zircone. La génération de nanoparticules cœur/coquille sera in fine réalisée grâce à la technique de pyrolyse laser. Une étude de modélisation des phénomènes de surface par la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), combinée à des analyses structurales fines, sera entreprise pour suivre les différentes étapes du procédé de synthèse.Ce projet pluridisciplinaire associe quatre laboratoires de recherche aux compétences complémentaires : (i) le laboratoire Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) à Limoges possède un savoir-faire dans la synthèse et la caractérisation de composites obtenus à partir de systèmes hybrides organique-inorganique ; (ii) l’Unité de Catalyse et de Chimie du Solide (UCCS) à Lille présente des compétences dans l’étude DFT et la caractérisation de surfaces inorganiques ; (iii) le Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP) à Paris 6 possède une grande expérience de caractérisation des polymères pré-céramiques et des interfaces organique-inorganique (iv) et le Laboratoire Francis Perrin (LFP) du CEA Saclay présente un savoir-faire important dans la génération de nano-objets non-oxydes en utilisant la technique de pyrolyse laser.Sur un plan scientifique, les objectifs visés sont, outre l’obtention de systèmes nanoparticulaires originaux, la maîtrise :-	de la fonctionnalisation de surfaces de nanoparticules de ZrC et, plus généralement de carbures métalliques ;-	du greffage de macromolécules organiques en surface des particules cristallisées ;-	de l’élaboration de suspensions hybrides adaptées à la pyrolyse laser ;-	de la compréhension systématique, via la modélisation, des phénomènes physico-chimiques aux surfaces et interfaces. Ce projet devrait contribuer d’une part, au développement de procédés d’élaboration originaux de nanostructures cœur/coquille non-oxydes, en utilisant une approche combinant caractérisation et modélisation. D’autre part, il devrait ouvrir de nouvelles perspectives d’applications dans les domaines précités, à savoir le nucléaire, l’aéronautique et la sidérurgie.
Résultats : Les 1ers résultats obtenus dans le cadre de l’ANR suivent 2 axes. Le 1er porte sur l’ajustement et la répétabilité d’un protocole de synthèse de poudres de ZrC.  Une analyse poussée des composés obtenus a montré que le procédé est au point et répétable. Le 2ème axe sur la synthèse de polymères précéramiques, a pour l’instant consisté en une analyse rhéologique complète d’un composé de référence. Ceci a permis d’établir des protocoles d’utilisation du rhéomètre pour l’analyse des futurs composés.
Perspectives : Dans les prochains mois, ces 2 axes seront approfondis. D’une part la surface de ZrC sera analysée finement pour ensuite être fonctionnalisée. D’autre part, de nouveaux polymères précéramiques à base de carbone et de silicium qui possèderont des fonctions chimiques spécifiques seront synthétisés. Ils seront analysés par rhéologie couplée à une analyse IR. Leurs fonctions chimiques devraient permettre de greffer ces polymères à la surface des particules de ZrC de façon covalente.
Publications et brevets : A l’heure actuelle, aucune publication scientifique n’est parue. Les résultats des expérimentations engagées devraient permettre de publier assez rapidement.