LAboratoire de Spectrochimie Infrarouge et Raman – UMR 8516
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Matériaux vitreux & Résonances Magnétiques

1. Caractérisation structurale de réseaux vitreux par RMN 1D/2D
2. Apport de la RPE à l’étude de matériaux vitreux dopés

Participants : G. Tricot (PR), H. Vezin (DR CNRS)

Cette thématique s’articule autour (i) de la chimie des matériaux vitreux et (ii) des spectroscopies de résonances magnétiques (RMN et RPE). Le travail principal du groupe consiste à utiliser les derniers développements méthodologiques en résonances magnétiques pour caractériser finement les matériaux vitreux et répondre ainsi à différentes problématiques verrières. Les matériaux étudiés sont préparés directement au laboratoire ou proviennent d’autres équipes académiques ou industrielles.

1. Caractérisation structurale de réseaux vitreux par RMN 1D/2D

Les propriétés des matériaux vitreux sont généralement reliées à la structure du réseau. Afin de comprendre ces propriétés et de les relier à la structure et à la formulation chimique des verres, une bonne connaissance des blocs structuraux et de leur agencement est nécessaire. La RMN est un outil performant permettant de déterminer la nature des blocs au travers d’analyses RMN 1D mais également de décrire l’agencement à moyenne distance de ces blocs (nature des liaisons) au travers de cartes 2D de corrélation homo- ou hétéro- nucléaire. Les modèles déduits de ces analyses sont ensuite utilisés pour comprendre les évolutions de propriétés des matériaux. Récemment ces protocoles ont été utilisés pour caractériser la structure de verre de borosilicate (Pyrex®), de borophosphate d’étain/d’alcalin et de phosphate de zinc.

Fig. 1. Carte de corrélation RMN 11B/11B obtenue à 18,8 T sur le verre Pyrex® montrant la présence de liaisons [3]B-O-[3]B et [4]B-O-[3]B et l’absence de liaisons [4]B-O-[4]B.

Fig. 2. Relation entre la température de transition vitreuse (Tg) et la proportion en espèce phosphatée isolée (Q0) dans le système ZnO-NaPO3.

2. Apport de la RPE à l’étude de matériaux vitreux dopés

La RPE permet de caractériser la symétrie et l’environnement chimique des ions paramagnétiques présents dans les matériaux vitreux massifs ou préparés sous forme de fibres. Elle permet également de déterminer si ces espèces sont distribuées de façon homogène ou si des phénomènes d’agrégation interviennent. Dans les matériaux étudiés, les espèces paramagnétiques sont introduites volontairement dans les formulations pour conférer des propriétés optiques aux matériaux (Yb3+, Nd3+) ou proviennent de réactions rédox qui, dans le fondu, conduisent à la présence d’espèces réduites (V4+,Mo5+…) qui vont modifier les propriétés des matériaux finaux.

Fig. 3. Spectre 2D HYSCORE montrant l’environnement chimique des ions Mo5+ dans un verre de borophosphate de plomb.