Ce travail a consisté à mettre au point et étudier des formulations à base d’un précurseur photosensible de Zn (Zinc méthacrylate, ZnMAA). Déposé sous forme de film mince, ce précurseur peut être réticulé par une irradiation dans l’UV profond (193 nm). Il est montré que la réticulation est la conséquence d’une décomposition photoinduite partielle des précurseurs, qui provoque des réactions de condensations, conduisant à la formation du réseau Zn-O-Zn. Cette réaction a été caractérisée par spectroscopie FTIR, XPS et ellipsométrie (chapitre III). Il est montré qu’elle est partielle mais efficace pour conférer au matériau un caractère de résine à tonalité négative, pouvant être utilisée en écriture laser directe. Des structures submicrométriques ont été préparées avec cette résine. Les différentes étapes du procédé de photolithographie sont discutées dans le chapitre IV. En particulier, l’étape de recuit thermique pour obtenir un matériau ZnO est étudiée pour expliquer son impact sur la géométrie des structures obtenues. Le matériau ZnO structuré par cette voie est utilisé enfin pour fabriquer des dispositifs : transistor, capteur de gaz, réseau à propriétés magnétiques, prouvant l’intérêt de cette approche de microstructuration basée sur un matériau préparé par voie liquide. / In this thesis, an in-depth investigation to the photosensitive zinc methacrylate (ZnMAA) precursor was made. Zinc methacrylate can be crosslinked under DUV (193 nm) irradiation. The photo-induced solidification is attributed to the partial decomposition of the ZnMAA complex, which gives rise to the following hydrolysis-condensation reactions and the formation of Zn-O-Zn networks. The bonding variation and decomposition of organic species caused by DUV irradiation were carefully investigated by FTIR, XPS and ellipsometry and discussed in Chapter III. DUV irradiation provokes clivage of MAA ligands from zinc cations. However, the intensity of MAA ligands can only be reduced to ~2/3 of its initial intensity regardless the extension of irradiation time, implying only a small amount oxide network can be induced by DUV irradiation. The small amount of Zn-O-Zn networks inside the photo-irradiated regions can effectively decrease the solubility of photo-irradiated regions in polar solvents, which makes ZnMAA precursor just like a negative tone resist and able to be patterned into two-dimensional structures by DUV lithography. Due to good photosensitivity to DUV light (193 nm), the dimension of DUV-patterned ZnMAA structures can be decreased to sub-micro by using binary masks and the effects of each pattering step including (i) DUV exposure, (ii) prebaking and (iii) development on the size and shape of DUV-patterned ZnMAA structures are discussed in Chapter IV. In order to fabricate nanoscale ZnMAA structures, a home-made DUV interference system was used to pattern ZnMAA precursor and 300 nm periodic lines were successfully made. Applications as TFT transistor, gaz sensor and magnetic materials are shown.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-09T12:20:47Z No. of bitstreams: 1 sandropereiraribeiro.pdf: 1843700 bytes, checksum: 116a82b85c5101d893b55d6830abb954 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T11:18:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sandropereiraribeiro.pdf: 1843700 bytes, checksum: 116a82b85c5101d893b55d6830abb954 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T11:18:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sandropereiraribeiro.pdf: 1843700 bytes, checksum: 116a82b85c5101d893b55d6830abb954 (MD5) Previous issue date: 2015-08-06 / No presente trabalho foi proposto a compreensão das variáveis inerentes à criação de infraestrutura adequada para preparação de fase estacionária monolítica (FEM) utilizando colunas capilares de 100 mm de diâmetro interno para aplicação em electroromatografia capilar (CEC). A fim de alcançar a elucidação do processo de funcionalização do monolíto, as FEM foram produzidas por química de sol-gel. Neste caso, a mistura otimizada de reagentes origina o sol que muda de um estado líquido para o estado de gelificação no interior do tubo capilar, resultando em uma superfície polimérica. Dentro deste contexto, foi desenvolvido um dispositivo manual para alta pressão (DMAP) para a inserção do sol nas colunas capilares. O DMAP à vácuo montado foi desenvolvido no Grupo de Química Analítica e Quimiometria (GQAQ) a fim de tornar possível a produção de colunas monolíticas de maneira otimizada e reprodutível. Este dispositivo tornou possível o preenchimento interno da coluna capilar de forma homogênea através do trabalho forçado em movimento, como capilaridade, na qual o sol é introduzido diretamente do frasco ao capilar, evitando o contato do sol com acessórios e dispositivos, como conexões, seringas e agulhas. Como objetivo secundário, estudos para preparação das FEM modificadas por nanopartículas de ouro- AuNps foram realizadas. As AuNps foram sintetizadas através da reação de redução com o citrato de sódio e a passivação com o uso da quitosana. As nanopartículas foram ancoradas na superficie do monolito para melhorar a funcionalização das FEM e possibilitar testes com diversos analitos. Essa reação foi caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão- MET, Microscopia Eletrônica de Varredura- MEV, Ultravioleta Visível- UV-Vis. Nesse mesmo tempo foi montado um segundo dispositivo denominado mini-forno para aquecimento radial homogénea do tubo capilar, a fim de atingir a funcionalização adequada. Finalmente, todas as colunas preparadas e funcionalizadas com sucesso foram submetidas a testes de separação de mistura padrão de HPAs. / In the present work the understanding of the inherent variables to establishment of adequate infrastructure to monolithic stationary phase (MSP) preparation using capillary columns at 100 μm of internal diameter to application in capillary electrocromatography (CEC) was proposed. Thus, in order to achieve the elucidation of the monolithic functionalization process, the MSP were produced by sol-gel chemistry. In this case, the optimized mixture of reagents originates the sol which changes from liquid state to the jellification state inside the capillary tube, resulting in a polymeric surface. Within this context, was developed a manual device to high pressure (MDHP) for sol insertion into the capillaries columns. The vacuum MDHP assembled was developed in the Grupo de Química Analítica e Quimiometria (GQAQ) in order to make possible the optimized and reproducible monolithic columns production. This device made possible the internal fill of the capillary column in homogenous way through of forced moving such as capillarity, in which the sol is introduced direct from the vial to the capillary, avoiding the contact of the sol with accessories and devices such as connections, syringes and needles. This procedure avoids air passage into the capillary tube and the contamination of devices and accessories, providing the operation in presence of any type of solution. Thus, the MDHP became possible a significant advance in the understanding of the MSP preparation mediated by sol-gel chemistry and photopolimerization. As a secondary objective, studies to preparation of MSP modified by gold nanoparticles were carried out. In this same time was assembled a second device called mini oven to homogeneous radial heating of the capillary in order to achieves the adequate functionalization. Finally, all columns prepared and functionalized with success were submitted to tests of HPAs standard mixture separation.

Une nouvelle méthode « one pot » de synthèse et de mise en forme continue d’oxydes métalliques nanostructurés, résultat d’un couplage original entre la chimie sol-gel et le procédé d’extrusion réactive, a été développée. A notre connaissance, il n’existe pas de littérature concernant l’extrusion réactive massique d’oxydes métalliques, ce sujet se situe donc aux frontières des connaissances de tels systèmes chimiques. Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la synthèse et la mise en forme d’aluminosilicates amorphes à porosité hiérarchique (micro/méso/macroporeux) à caractère zéolitique. Les extrudés obtenus présentent d’excellentes propriétés texturales (surface spécifique supérieure à 800 m2/g, volume poreux supérieur à 0,6 cm3/g). De plus, ils présentent une acidité exacerbée, comparée à un aluminosilicate standard. Leur activité, évaluée par isomérisation du méta-xylène et par déshydratation du méthanol, est supérieure à une référence contenant de la zéolite Y (pour une activité à iso-masse). Nous nous sommes également intéressés à la synthèse d’extrudés de boehmite. Nous avons tout d’abord cherché à adapter une réaction de co-précipitation de sels d’aluminium au procédé. Dans un deuxième temps, nous nous sommes tournés vers la synthèse en masse de boehmite par hydrolyse/condensation d'alcoxydes d'aluminium (sans solvant). Cette dernière réaction s'est révélée très intéressante tant au niveau de la validation du procédé d’extrusion réactive (intensification de procédé, intégration thermique) que du point de vue de la texture poreuse des produits formés. / A new one pot method for the synthesis and shaping of nanostructured metal oxides, based on the coupling of sol-gel chemistry and reactive extrusion process, was developed. To our knowledge, no literature is to be found about this topic so this work is situated at the frontier of such chemical systems’s knowledge. First, we worked on the synthesis and shaping of amorphous aluminosilicates with hierarchical porosity (micro/meso/macroporous) and zeolitic feature. Extrudates were obtained, those solids show fine textural properties (specific surface area above 800 m2/g, porous volume above above 0.6 cm3/g). Furthermore, they demonstrate increased acidity properties compared to standard amorphous aluminosilicates. Their catalytic activities were appraised by m-xylene isomerization and methanol dehydration and were found to be actually better than a catalyst with zeolite Y (for an activity calculed at iso-weight). Then we worked on the synthesis and shaping of boehmite (γ-AlOOH). First, we tryed to adapt an aluminium salts based co-precipitation reaction to our process. Afterward, we change the chemical reaction to aluminium alkoxides hydrolysis/condensation (without solvent). This later reaction was especially interesting, both in the validation of the reactive extrusion process (process intensification, thermal integration) as well as in the products textural properties.

Les analogues du bleu de Prusse sont intéressants pour le stockage de l’information car ils présentent des propriétés de photo-commutation. Afin d’intégrer et d’exploiter ces propriétés photomagnétiques dans d’éventuelles applications, il est nécessaire de faire une étape de mise en forme. Cette dernière consiste à contrôler la taille, la forme ainsi que l’arrangement tridimensionnel des nanoparticules. Une stratégie consiste à élaborer des oxydes de silice nanostructurée par le procédé sol-gel. Une méthode a consisté faire précipiter les analogues du bleu de Prusse photomagnétiques dans la nanoporosité. Ainsi, il a fallu obtenir un monolithe ayant une unique organisation et non un mélange de phases. Il a été possible d’optimiser la méthode pour obtenir un monolithe hexagonal ayant des ions cobalt. Cette méthode a pu être étendue à différentes organisations : lamellaire, cubique, hexagonale, vermiculaire. Un traitement thermique permettant d’éliminer le copolymère afin de former le nanoréacteur. Une étude a permis de montrer que l’organisation etait conservée après un traitement thermique. Les ions cobalt subissaient une thermo hydrolyse durant le traitement thermique.Il a été possible de mettre en place une méthode d’imprégnation permettant d’obtenir différents nanocomposites CoFe et de contrôler la stœchiométrie des particules d’ABP confinées.Cette méthode a permis d’élaborer des nanocomposites CoFe sans cations alcalin et des nanocomposites CoFe contenant deux cations rubidium par maille. Les propriétés magnétiques ont permis de montrer l’effet de la mise en forme. De plus cette étude a permis de montrer que les propriétés de commuation sont concervées mêmes sur des nanoparticules de 5 nm. / The Prussian blue analogues (CoFe PBA) have attracted growing interest owing to the tunability of their magnetic properties by external stimuli that make them good candidates for future optical memories or switching devices.This study need a processing step to elaborate a nanocomposite material with full control on the stoichiometry, the size, the shape and the organisation of PBA particles.Our strategie consit to precipitate photomagnetic Prussian blue analogue in the nanoporosite. Our main idea is to use mesoporous silica monoliths as template for the precipitation of the PBA in order to control the size and the shape of the nanoparticles. A silica monolith contaigning cobalt ions in the hexogonal structuraction have been obtained. The method have been extended to another structuration ( wormlike, cubic and lamallar). A termal traitement at 500°C in air have been optimised to remove the copolymer and to obtain the nanoreacteur. During the termal traitement the cobalt ion change the symmetry. A thermo-hydrolysis of the cobalt drives to the formation of monomer tetrahedron of cobalt.The precipitation of Prussian Blue Analogues is realized by impregnation with a solution of potassium hexacyanoferrate (III). The parameters of the impregnation have to be finely controlled in order to obtain nanocrystals of Co-Fe wihout alkalin cations and nanocrystrals of CoFe with two cation rubidium. A photomagnetic nanocrystrals have been obtained.

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Ce travail de thèse porte sur l’élaboration de matériaux siliciques mésostructurés par des agents structurants originaux : les micelles complexes de polyions ou micelles PICs, qui présentent la particularité de s’assembler de façon réversible dans l’eau. Les micelles PICs sont des assemblages formés par interactions électrostatiques entre un copolymère à blocs double-hydrophiles (DHBC) neutre-ionisable et un agent de micellisation de charge opposée au DHBC. Le DHBC utilisé est un poly(oxyde d’éthylène)-b-poly(acide acrylique) POE-b-PAA synthétisé par polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP) et les agents de micellisation sont commerciaux (oligochitosane OC, antibiotiques aminoglycosides). Tout d’abord, l’influence de divers paramètres (pH, température, concentration) sur les propriétés d’association des micelles PIC a été étudiée en solution aqueuse. Puis, l’influence de ces mêmes paramètres sur la structuration de la silice en présence de complexes de polyions POE-b-PAA/OC a été recherchée, et a permis de mieux appréhender les mécanismes de formation des matériaux hybrides. Il a ainsi été montré qu’en jouant sur les interactions entre les divers constituants, il était possible de contrôler la mésostructure des matériaux (hexagonale, lamellaire, vermiculaire) et leur morphologie (nanoparticules, microparticules). Enfin, la versatilité de l’utilisation de micelles PIC en tant qu’agents structurants de la silice a été mise en évidence avec des systèmes POE-b-PAA/aminoglycosides, qui ont permis d’obtenir directement des matériaux structurés ordonnés chargés en principes actifs. Par ailleurs, les possibilités offertes par l’utilisation des micelles PIC notamment en termes de fonctionnalité et de réversibilité de la micellisation, ont été exploitées et ont permis d’obtenir facilement des matériaux mésoporeux fonctionnalisés par les chaînes ionisables du DHBC, suite à l’extraction sélective de l’agent de micellisation. Il a été montré que de tels matériaux fonctionnels sont capables de complexer des espèces de charges opposées et notamment des principes actifs, qui peuvent par la suite être relargués de façon pH-dépendante. / Mesostructured hybrid materials were prepared by using original silica-structuring agents, which are polyion complex (PIC) micelles. A great advantage of PIC micelles is that they can be reversibly assembled in aqueous solution by varying physico-chemical parameters. PIC micelles are formed by electrostatic complexation between a neutral-anionic double-hydrophilic block copolymer (DHBC) and an oppositely charged agent of micellization; here a poly(ethylene oxide)-b-poly(acrylic acid) PEO-b-PAA (synthesized by controlled radical polymerization by atom transfer ATRP) and commercial polyamines (oligochitosan OC or aminoglycoside antibiotics) were respectively used. First, the influence of various parameters (pH, temperature, concentration) on PIC micelle association properties was investigated in aqueous solution. Then, the effect of these parameters on the silica mesostructuring process was studied, it provides a better understanding of the formation mechanisms. It was shown that varying interactions between constituents allows to control the mesostructure (hexagonal, lamellar, wormlike) and the material morphology (nanoparticle, microparticle). Finally, the versatility of the approach has been demonstrated with PEO-b-PAA/aminoglycoside systems. Drug-loaded ordered mesostructured materials were prepared following a one-pot route. Moreover, taking advantage of the high degree of functionality of DHBC polymers and of the reversibility of the micellization, polyacid-functionalized mesoporous materials were directly prepared by selectively extracting the micellization agent. PAA-functionalized silica materials were then used to complex diverse active entities such as drugs, whose delivery could be pH-controlled.

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In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von neuartigen Zinn(II)alkoxiden, deren Potential für die Zwillingspolymerisation und die Darstellung von zinnhaltigen organisch-anorganischen Nanokompositen beschrieben. Partielle Hydrolyse der Zinn(II)alkoxide führt zur Bildung von fünf- und sechskernigen Zinnoxidoclustern, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Eine Nachbehandlung der durch Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien unter reduzierenden Bedingungen (Ar/H2) liefert Nanokomposite bestehend aus Zinnnanopartikeln eingebettet in eine Kohlenstoff/Siliziumdioxid-Matrix. Weiterhin werden verschiedene metallhaltige Additive wie z.B. Carboxylate in der Zwillingspolymerisation verwendet und deren Eignung zur Darstellung von zinnhaltigen Nanokompositen sowie zur Legierungsbildung mit Zinn im Nanokomposit untersucht. Mit ausgewählten Materialien werden elektrochemische Messungen durchgeführt, wobei deren potentieller Einsatz als Anodenmaterial für Lithiumionen-Batterien geprüft wird (Kooperation BASF SE, Research Performance Materials GMV/P). Die Charakterisierung der neu synthetisierten Verbindungen und Nanokomposite erfolgt unter anderem mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, Röntgenpulverdiffraktometrie, NMR-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Elektronenmikroskopie sowie thermischen Analysemethoden

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von neuartigen Zinn(II)alkoxiden, deren Potential für die Zwillingspolymerisation und die Darstellung von zinnhaltigen organisch-anorganischen Nanokompositen beschrieben. Partielle Hydrolyse der Zinn(II)alkoxide führt zur Bildung von fünf- und sechskernigen Zinnoxidoclustern, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Eine Nachbehandlung der durch Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien unter reduzierenden Bedingungen (Ar/H2) liefert Nanokomposite bestehend aus Zinnnanopartikeln eingebettet in eine Kohlenstoff/Siliziumdioxid-Matrix. Weiterhin werden verschiedene metallhaltige Additive wie z.B. Carboxylate in der Zwillingspolymerisation verwendet und deren Eignung zur Darstellung von zinnhaltigen Nanokompositen sowie zur Legierungsbildung mit Zinn im Nanokomposit untersucht. Mit ausgewählten Materialien werden elektrochemische Messungen durchgeführt, wobei deren potentieller Einsatz als Anodenmaterial für Lithiumionen-Batterien geprüft wird (Kooperation BASF SE, Research Performance Materials GMV/P). Die Charakterisierung der neu synthetisierten Verbindungen und Nanokomposite erfolgt unter anderem mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, Röntgenpulverdiffraktometrie, NMR-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Elektronenmikroskopie sowie thermischen Analysemethoden