Vanadium pentoxide gels: From “chimie douce” to “matière molle”

Abstract

This article presents a review of the colloidal and liquid-crystalline properties of vanadium pentoxide suspensions from a physicist's perspective. The processes occurring during the synthesis of these suspensions are first discussed. Then, the liquid-crystalline properties of V2O5 sols and gels are described. These nematic phases are easily aligned by weak magnetic fields or by alternative electric fields. The delicate interplay between repulsive hardcore and electrostatic interactions and van der Waals attractions defines the (concentration, ionic strength) phase diagram that includes an isotropic phase, a uniaxial nematic phase, a biaxial nematic gel state and a flocculated state. Deuterium NMR spectroscopy of D2O molecules gives information on the rotational dynamics of the nematic phase. Finally, various applications of these colloidal suspensions in the fields of hybrid organic/inorganic materials, mesoporous solids, and of the structures of biomolecules, are reviewed. Cet article présente une revue des propriétés colloïdales et cristal-liquides des suspensions de pentoxyde de vanadium selon une perspective de physicien. Les processus qui ont lieu durant la synthèse sont tout d’abord discutés. Puis, les propriétés cristal-liquides des sols et des gels de V2O5 sont décrites. Ces phases nématiques sont facilement alignées par de faibles champs magnétiques ou par des champs électriques alternatifs. Le jeu subtil des interactions répulsives de type volume exclu et électrostatiques et des attractions de van der Waals définit le diagramme de phases (concentration, force ionique) qui inclut une phase isotrope, une phase nématique uniaxe, un état gel nématique biaxe et un état flocculé. La spectroscopie RMN du deutérium de molécules D2O renseigne sur la dynamique rotationnelle de la phase nématique. Enfin, différentes applications de ces suspensions colloïdales, dans les domaines des matériaux hybrides organique/inorganique, des solides mésoporeux et des structures de biomolécules, sont décrites.