Six principales méthodes de modification de l’oxyde de zinc nano
Le nanooxyde de zinc est un nouveau type de matériau chimique inorganique fin et fonctionnel. Grâce à sa petite taille de particules et à sa grande surface spécifique, il possède des propriétés physicochimiques uniques en chimie, optique, biologie et électronique. Largement utilisé dans les additifs antimicrobiens, les catalyseurs, le caoutchouc, les colorants, les encres, les revêtements, le verre, les céramiques piézoélectriques, l’optoélectronique et les applications chimiques courantes, il est très prometteur en termes de développement et d’utilisation.
Cependant, en raison de sa grande surface spécifique et de sa forte énergie de surface spécifique, le nanooxyde de zinc présente une forte polarité de surface, est sujet à l’auto-agglomération et est difficile à disperser uniformément dans les milieux organiques, ce qui limite considérablement son effet nanométrique. Par conséquent, la dispersion et la modification de surface des poudres de nanooxyde de zinc sont des traitements essentiels avant l’application des nanomatériaux dans des matrices.
1. Modification des tensioactifs
La modification des tensioactifs implique l’interaction électrostatique des tensioactifs pour former un revêtement organique à la surface des nanomatériaux, améliorant ainsi leur compatibilité avec les matrices organiques.
Bien que la modification des tensioactifs soit un procédé simple, son efficacité est généralement faible, ce qui rend difficile la formation d’un revêtement stable et robuste à la surface des nanomatériaux.
2. Modification mécanochimique
La modification mécanochimique utilise des forces mécaniques pour modifier les propriétés physiques et chimiques des nanomatériaux, améliorant ainsi leur affinité et leur réactivité avec d’autres substances.
Cependant, la modification mécanochimique est généralement longue et donne généralement de mauvais résultats pour les nanomatériaux.
3. Modification à haute énergie
La modification à haute énergie consiste à polymériser des monomères de composés organiques par plasma ou par rayonnement, qui recouvrent ensuite la surface du nanomatériau.
La modification à haute énergie donne généralement de meilleurs résultats que les deux méthodes précédentes, mais elle présente des inconvénients tels qu’une consommation énergétique élevée et une complexité technique.
4. Modification par estérification
L’estérification est une méthode de modification de surface qui utilise les groupes acide carboxylique de modificateurs tels que les acides gras supérieurs ou les acides organiques insaturés pour réagir avec les groupes hydroxyles à la surface d’un nanomatériau afin d’obtenir une estérification.
La méthode d’estérification est simple, mais son effet de modification est faible et nécessite généralement l’utilisation d’un agent de couplage.
5. Greffage de polymères
Le greffage de polymères consiste d’abord à greffer un monomère polymère à la surface d’un nanomatériau, puis à initier une réaction de polymérisation pour allonger la chaîne carbonée, et enfin à laisser le polymère recouvrir l’ensemble du nanomatériau.
La méthode de greffage de polymères est complexe à mettre en œuvre et son effet de modification est influencé par divers facteurs, ce qui complique son application à grande échelle.
6. Modification par agent de couplage
Un agent de couplage est basé sur un élément silicium ou métallique, avec deux groupes distincts de chaque côté pouvant se connecter à des matrices inorganiques et organiques. Ces trois composants agissent ensemble pour réaliser la modification chimique du nanomatériau. Le nano-oxyde de zinc a été modifié avec un agent de couplage silane APS. Le nano-oxyde de zinc, modifié et non modifié, a été dispersé dans de l’éthanol anhydre pour préparer des encres d’impression destinées à être utilisées comme matériaux de couche de transport d’électrons dans les cellules photovoltaïques. Les performances des deux encres ont ensuite été comparées. Les résultats ont montré que le nano-oxyde de zinc modifié était mieux dispersé dans l’éthanol anhydre et restait aggloméré pendant 12 mois. Le matériau de la couche de transport d’électrons préparé avec cet agent présentait une efficacité de transfert d’électrons supérieure et pouvait répondre aux normes de performance des dispositifs à des épaisseurs plus fines.
Le nano-oxyde de zinc a été modifié chimiquement à l’aide d’agents de couplage silane portant des groupes fonctionnels glycyloxy et amino. Du nano-oxyde de zinc, modifié et non modifié, a été incorporé à des revêtements époxy pour des tests de résistance aux intempéries. Les résultats ont montré que les revêtements époxy incorporant du nano-oxyde de zinc modifié par l’agent de couplage glycyloxy silane présentaient des variations significativement plus faibles de l’angle de contact, de la couleur et des groupes carbonyle après 450 heures de vieillissement accéléré, démontrant une résistance aux intempéries nettement supérieure à celle des revêtements époxy contenant du nano-oxyde de zinc non modifié.
La méthode de l’agent de couplage est la méthode de modification la plus prometteuse en raison de sa simplicité, de son bon effet de modification et de son faible coût.
En comparant les différentes méthodes de modification de surface mentionnées ci-dessus, et en considérant à la fois l’effet et la difficulté de modification, on peut voir que la méthode d’estérification et la méthode de l’agent de couplage sont plus adaptées à la modification de surface des nanomatériaux.