De nouveaux verres aux propriétés uniques

Les perovskites hybrides sont des matériaux largement étudiées pour leurs propriétés impliquées dans le transport d'ions, la conduction thermique ou la photoconduction... Encore faut-il pouvoir conserver ces propriétés lorsque les perovskites passent de l'état cristallin à l'état vitreux, une étape incontournable avant de pouvoir les introduire dans des composants électroniques. Objectif atteint pour les scientifiques de l'Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech, PSL University). Leurs travaux font l'objet d'un article dans la revue Nature Chemistry.


Les pérovskites hybrides sont très étudiées à l'état solide cristallin en raison de leurs propriétés remarquables pour le transport d'ions, la photoconductivité, la ferroélectricité ou la multiferroïcité... Ce sont des cristaux hybrides organiques-inorganiques qui ressemblent aux "Metal-organic frameworks" (MOF's), matériaux poreux, découverts plus récemment, et utilisés par l'industrie dans des procédés de séparation, stockage et transformation chimique de molécules.

Les MOF's sont stables sous forme liquide à haute température, point de passage obligatoire pour leur transformation en verre par refroidissement rapide ou trempe afin de les intégrer dans des composants électroniques. Sous forme vitreuse, ils conservent ainsi le réseau tridimensionnel de liaisons organiques-inorganiques de la phase cristalline d'origine, et donc les propriétés qui font leur intérêt ! Ce qui n'était jusqu'à maintenant pas le cas des pérovskites hybrides dont les propriétés étaient uniquement observables dans leur état cristallin.

Grâce aux recherches d'un large consortium regroupant des équipes d'expérimentateurs et théoriciens, les scientifiques de l'Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech, PSL University) ont montré que plusieurs matériaux de la famille des perovskites hybrides pouvaient, dans des conditions particulières, subir une fusion contrôlée pour produire un liquide sans décomposition thermique de leurs composants organiques.

De plus, comme pour les matériaux MOF's, la trempe des liquides de ces perovskites hybrides permet d'obtenir des verres qui conservent en grande partie la connectivité inorganique-organique, et donc leurs propriétés physiques: très faible conductivité thermique, conductivité électrique, propriétés thermo-mécaniques proches de celles des polymères... Une nouvelle voie d'accès par phase liquide à des verres hybrides fonctionnels que l'on pourrait potentiellement étendre à d'autres familles de matériaux.

Référence:
Bikash Kumar Shaw, Ashlea R. Hughes, Maxime Ducamp, Stephen Moss, Anup Debnath, Adam F. Sapnik, Michael F. Thorne, Lauren N. McHugh, Andrea Pugliese, Dean S. Keeble, Philip Chater, Juan M. Bermudez-Garcia, Xavier Moya, Shyamal K. Saha, David A. Keen, François-Xavier Coudert, Frédéric Blanc & Thomas D. Bennett.
Melting of Hybrid Organic-Inorganic Perovskites
Nature Chemistry 2021
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00681-7

Contacts:
- François-Xavier Coudert - fx.coudert at chimie-paristech.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC - inc.communication at cnrs.fr