Under certain synthetic conditions vanadium oxide gels are made of nanoribbons subunits. Due to this textural specificity it is possible to align the ribbons while employing an extrusion process, generating thereby vanadium oxide macroscopic fibers. In this process V2O5 gel is extruded through a syringe within a PVA (1% wt) solution rotating beaker. A composite fiber can be then extracted from the beaker. These as-synthesized fibers are bearing outstanding mechanical properties (20 GPa of Young modulus) addressed with transversal flexibility that alloys macroscopic knot formation. Furthermore, they appear to be excellent alcohol sensors, enable to detect 0.1 ppm of ethanol within 16 s at 40 °C, sensitivity being associated with a good selectivity. Subsequently, we were able to tune the fibers’ sensing and mechanical properties by varying the shear rate addressed to the vanadium oxide extruded gel. In order to better appreciate the correlation between fibers’ porosity, nanoribbons subunits alignment and the addressed properties (mechanical and sensing) we tuned the porosity making the use of latex nanoparticles inclusion followed by their calcinations while varying still the imposed sheer rate during the extrusion. Finally synthesis of hybrid PANI–V2O5 allowed reaching enhanced tenacity 12 J g−1, concomitant with a loss of sensitivity. We show that all the parameters involved within the mechanical and sensing performances are acting within a strong partitioning mode rather than a cooperative one. Overall, these iterative synthetic approaches demonstrate once more the importance of the correlation between structures and properties, approaches where the integrative chemistry is appearing, via its versatility, as an essential tool of chemical science to conceive rationally functional architectures bearing enhanced properties. Sous certaines conditions de synthèse, la texture de gels d’hémipentoxide de vanadium est associée à la présence de rubans nanométriques. Du fait de la forte anisotropie de forme de ces nanorubans il est possible de les aligner au sein d’une fibre macroscopique par un procédé d’extrusion. Dans ce procédé, un gel de V2O5 est extrudé par une seringue dans un bécher en rotation contenant une solution d’alcool polyvinylique (PVA) à 1 % massique. Une fibre composite peu alors être extraite du bécher. Les fibres ainsi réalisées possèdent de très bonnes propriétés mécaniques avec un module de Young de l’ordre de 20 GPa et une bonne flexibilité transversale induite par l’anisotropie des briques élémentaires. Ces fibres se sont révélées être de très bons détecteurs de vapeurs d’alcool, capables de détecter 0,1 ppm d’éthanol en 16 secondes à 40 °C, cette sensibilité étant associée à une très bonne sélectivité. Par la suite, nous avons cherché à maîtriser le degré d’alignement des nanorubans de V2O5 au sein des fibres en jouant sur le taux de cisaillement imposé au gel extrudé. Nous avons pu contrôler à la fois leurs propriétés mécaniques et leurs propriétés de senseurs. En vue de mieux appréhender les corrélations entre porosité des fibres, alignements des rubans et les propriétés qui en découlent nous avons ultérieurement fait varier le degré d’alignement des nanorubans en jouant sur le cisaillement imposé sur la goutte extrudée, le taux de porosité, par inclusion et postcalcination de nanoparticules de latex. Cette étude a pu mettre en évidence un fort effet coopératif entre porosité des fibres et alignement des nanorubans sur les propriétés de détections d’alcool et mécaniques. Enfin, la synthèse de fibres hybrides PANI–V2O5/PVA a permis une optimisation de la ténacité de ces fibres, ténacité étant de l’ordre de 12 J/g, associé à une perte de sensibilité. Globalement ces approches itératives mettent en avant une nouvelle fois l’importance des corrélations entre textures et propriétés, approches où la chimie intégrative apparaît par sa versatilité comme un outil essentiel pour concevoir rationnellement des architectures fonctionnelles aux propriétés finales exaltées.
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Dec 31, 2013
Xiaolei Chen + 2
Open Access