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1 - TEXTURE DES AÉROGELS

2 - STRUCTURE DES AÉROGELS

3 - PROPRIÉTÉS OPTIQUES

4 - PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES

5 - PROPRIÉTÉS THERMIQUES

Article de référence | Réf : J2231 v1

Propriétés optiques
Caractérisation des propriétés des aérogels

Auteur(s) : Jean PHALIPPOU, Laurent KOCON

Date de publication : 10 janv. 2005

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RÉSUMÉ

Ce sont probablement la densité et la porosité qui caractérisent le mieux les aérogels. La multitude de compositions possibles les rendent présents dans de nombreux secteurs : isolation thermique, catalyse, acoustique… Avant d’exposer l’ensemble de leurs propriétés optiques, mécaniques et thermiques, cet article présente la caractérisation de leur texture, puis l’étude de leur structure par spectroscopie et diffusion centrale des rayonnements.

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Auteur(s)

  • Jean PHALIPPOU : Professeur à l’École polytechnique universitaire de Montpellier Laboratoire des verres-UMR 5587 – Montpellier

  • Laurent KOCON : Ingénieur de l’École nationale supérieure de physique de Grenoble - Ingénieur au Commissariat à l’énergie atomique (CEA)

INTRODUCTION

L’attrait de la texture particulière des aérogels incite la communauté scientifique à les décliner dans une grande variété de compositions pour des applications qui touchent à des domaines aussi différents que peuvent l’être l’isolation thermique, l’électrochimie, la catalyse, la détection de particules ou l’acoustique.

Le tableau 1 dresse donc une liste non exhaustive des aérogels élaborés à ce jour avec leurs applications et des références bibliographiques. Ces derniers sont classés en cinq catégories :

  • les aérogels d’oxyde simple qui sont les plus communs ;

  • les aérogels d’oxyde mixte ou d’ordre supérieur ;

  • les aérogels organiques ;

  • les aérogels hybrides organiques/minéraux ou à base de métalloïdes ;

  • les aérogels dopés, essentiellement par des atomes métalliques.

Dans la suite de ce dossier, sont traitées quelques propriétés des aérogels, qu’ils soient de type organique ou plus particulièrement de silice (oxyde simple), ces derniers ayant été les plus étudiés jusqu’à nos jours.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2231


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3. Propriétés optiques

Les aérogels issus de réticulations organiques sont, pour la plupart, opaques. Seuls les aérogels de résorcinol formaldéhyde, de très faible densité, de couleur rouge, sont légèrement transparents. Les gels de mélamine formaldéhyde sont transparents mais l’évacuation du solvant, lors de l’étape de séchage, a pour conséquence d’entraîner leur opacité.

Seuls les aérogels de silice, en raison de leur transparence, sont susceptibles de présenter des propriétés optiques d’intérêt dans le domaine du visible.

3.1 Transparence

Un matériau transparent est un matériau qui transmet la lumière. Pour une bonne transmission, il faut, d’une part, que le matériau ne soit pas absorbant dans le domaine spectral considéré et, d’autre part, que la diffusion soit faible. Étant donné la faible densité des aérogels, l’indice est relativement faible et l’on peut, en première approximation, négliger les pertes optiques par réflexion.

L’absorption de la silice amorphe et dense dans le visible est faible. Le verre de silice est un verre utilisé en instrumentation optique. La silice est l’élément constitutif essentiel des fibres optiques utilisées dans les télécommunications. Son indice de réfraction est parmi les plus faibles des verres d’oxydes. Il est de 1,4585.

Dans les aérogels de silice, on peut dire que seule la diffusion limite la transmission de la lumière.

La transparence des aérogels est directement liée aux conditions de synthèse du gel. L’étape de séchage supercritique joue un rôle mineur puisqu’un gel de silice séché en milieu alcoolique ou à l’aide du CO2 présente quasiment la même transmission dans le domaine du visible (figure 10) . La transparence dépend essentiellement du pH de l’eau d’hydrolyse de la solution d’alcoxysilane initiale. Les gels synthétisés en milieu acide ou neutre sont...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PEKALA (R.W.), KONG (F.M.) -   A synthetic route to organic aerogels – mechanism, structure and properties  -  . Revue de Physique Appliquée, Colloque C4, supplément au no 4, tome 24, C4-33 (avril 1989).

  • (2) - BARRAL (K.) -   Low density organic aerogels by double-catalysed synthesis  -  . J. Non-Cryst. Solids, 225, p. 46-50 (1998).

  • (3) - AYRAL (A.), PHALIPPOU (J.), WOIGNIER (T.) -   The skeletal density of silica aerogels determined by helium pycnometry  -  . J. Mater. Sci., 27, p. 1166-70 (1992).

  • (4) - DIEUDONNE-GEORGE (P.) -   Séchage et densification de gels de silice ultraporeux  -  . Thèse Montpellier (France) (1988).

  • (5) - SCHERER (G.W.), SMITH (D.M.), STEIN (D.) -   Deformation of aerogels during characterization  -  . J. Non-Cryst. Solids, 186, p. 309-15 (1995).

  • (6) - REICHENAUER (G.), SCHERER (G.W.) -   Nitrogen...

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