Nouvelles routes de synthèse rapides à basse température d'oxydes de métaux de transition opales inverses 2D et 3D hiérarchiquement structurés: applications dans les dispositifs intelligents

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L'une des propriétés remarquables des particules colloïdales sphériques monodisperses (les billes de polystyrène (PS)) est leur capacité de s'auto-assembler pour former des structures périodiques, appelées cristaux colloïdaux (CC) ou opales artificielles. Lorsque les interstices entre les billes de PS formant un CC sont remplis avec un oxyde de métal de transition (OMT), on obtient une opale composite. Après élimination du squelette du CC, une structure périodique macroporeuse est obtenue, appelée opale inverse (OI). La fabrication d'architectures OI 2D et 3D s'est révélée être un moyen efficace de doter les matériaux de propriétés améliorées ou même nouvelles pour des applications dans les dispositifs "intelligents" (ex. les dispositifs électrochromes (EC)). Récemment, nous avons développé une nouvelle voie, très rapide et efficace pour l'élaboration à basse température, de monocouches OI 2D de WO3 et de TiO2, de grande surface sans fissures avec une structure macroporeuse ordonnée. Nous avons appelé cette voie la "stratégie dynamique par flottaison et infiltration". Dans cette recherche, nous allons d'abord développer et adapter cette stratégie à la fabrication de monocouches OI 2D d'OMT (tels que WO3, VO2, MoO3, etc.) présentant cette fois une porosité hiérarchisée, c'est à dire comprenant des macropores ordonnés entourés par des parois mésostructurées. Cette voie sera ensuite, élargie à la génération de couches minces OI 3D d'OMT à porosité hiérarchisée en utilisant les monocouches 2D OI d'OMT comme bloc de construction. Pour cela, une monocouche OI 2D d'OMT sera préparée et servira de support sur laquelle on ajoutera une monocouche OI 2D d'OMT supplémentaire, et ainsi de suite, couche par couche, ce qui rend possible la fabrication d'une OI 3D de grande surface "sans défaut". De ce fait, monocouche, bicouches, et triples-couches OI d'OMT à porosité hiérarchisée de grande surface, sans fissures, avec la même taille de pores dans chaque couche, seront obtenues via des opérations répétées de la stratégie. On s'attend à des propriétés maximisées pour les OMT à porosité hiérarchisée comparativement à celles rencontrées avec les OMT ayant une seule échelle de porosité. En effet, les mésopores fourniront un plus grand nombre de sites actifs et les macropores permettront une plus grande diffusion, donc un accès plus facile aux sites actifs. Les matériaux hiérarchisés OI d'OMT ainsi développés seront utilisés pour la fabrication de dispositifs intelligents (ex. vitrage EC "intelligent") sur des supports en verres et en polymères. Vu l'utilisation croissante de baies vitrées et la nécessité de maîtriser les dépenses énergétiques dans le bâtiment, on s'attend à ce que l'application de ces vitrages, qui absorbent la lumière et la chaleur en été (état colorée) tandis qu'ils les transmettent en hiver (état transparent), améliore sensiblement l'efficacité énergétique du bâtiment. **