CA2714279C - Materiau hybride organique-inorganique, couche mince optique de ce materiau, materiau optique les comprenant, et leur procede de fabrication - Google Patents

Materiau hybride organique-inorganique, couche mince optique de ce materiau, materiau optique les comprenant, et leur procede de fabrication Download PDF

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Abstract

Matériau composite organique-inorganique comprenant : des particules colloïdales d'au moins un composé inorganique choisi parmi les oxydes et oxyhydroxydes de métal ou de métalloïdes préparées par un procédé d'hydrolyse-condensation dans un solvant protique ou polaire, lesdites particules ayant été fonctionnalisées en surface par réaction avec un composé organique; et un polymère organique ou inorganique. Procédé de préparation de ce matériau composite et matériau optique comprenant une couche de ce matériau composite.

Description

MATERIAU HYBRIDE ORGANIQUE-INORGANIQUE, COUCHE MINCE
OPTIQUE DE CE MATERIAU, MATERIAU OPTIQUE LES
COMPRENANT, ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION.

DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un matériau hybride, composite organique-inorganique comprenant des particules d'un composé inorganique fonctionnalisées en surface par un composé organique, et un polymère organique.

Ce matériau hybride peut notamment être mis sous la forme d'une couche mince optique ou bien d'une couche colorée absorbante.

Par couche mince optique au sens de l'invention, on entend généralement une couche qui permet la réalisation de revêtements transparents de préférence dans une gamme de longueurs d'ondes comprises entre l'ultraviolet et le proche infrarouge, cette gamme de longueurs d'ondes inclut le spectre visible.

Par matériau, revêtement transparent, on entend un matériau, revêtement, qui peut être traversé
par des rayons lumineux de longueurs d'ondes se situant dans le domaine spectral, la gamme spectrale d'intérêt qui est par exemple la gamme définie ci-dessus.
On utilise aussi les termes de films, couches minces de qualité optique qui signifient que ces films, transparents, ne présentent pas de diffusion et/ou d'absorption dans le domaine spectral d'intérêt.
2 L'invention a trait, en outre, à un matériau optique comprenant ladite couche ou ledit matériau hybride organique-inorganique.

L'invention concerne enfin un procédé de préparation de ce matériau et de ces couches minces.

Le domaine technique de l'invention peut, de manière générale être défini comme celui de la préparation de matériaux hybrides ou composites inorganiques-organiques.

Par matériau hybride ou composite inorganique-organique, on entend un matériau comprenant au moins un composant de nature organique tel qu'un polymère organique et au moins un composant inorganique tel que des particules minérales de métaux ou de métalloïdes, ou de composés de métaux ou de métalloïdes, tels que des oxydes de métaux ou de métalloïdes.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Plusieurs procédés d'élaboration de solutions ou de films hybrides inorganiques-organiques ont déjà été décrits.

Ainsi le document [1] décrit-il un matériau composite à indice de réfraction élevé, son procédé de fabrication, ainsi que des matériaux optiquement actifs, notamment des matériaux antireflets et des matériaux réfléchissants fabriqués à partir de ce matériau composite.

Plus précisément, dans ce document, on prépare une suspension de colloïdes d'oxydes métalliques dispersés dans un alcool aliphatique ; on
3 mélange cette suspension colloïdale à un polymère polyvinylique soluble dans un solvant contenant un alcool ; on dépose le mélange ou sol obtenu sur un support pour former une couche uniforme ; et on réticule cette couche par un traitement aux rayons ultraviolets.

Dans ce document, les particules colloïdales ne sont pas fonctionnalisées en surface par réaction avec un composé organique mais simplement enrobées dans un polymère polyvinylique.

Le procédé décrit par ce document est d'application très limitée car il ne concerne que des polymères solubles dans des solvants contenant essentiellement de l'eau et/ou des alcools.

Ce document ne décrit pas d'étape de fonctionnalisation en surface des particules par un composé organique, ni d'étape d'échange d'un solvant protique par un solvant aprotique apolaire pour donner une suspension de particules fonctionnalisées en surface par le composé organique, dans le solvant organique aprotique.

Les solvants mis en oeuvre dans ce document sont toujours des solvants polaires et aucun problème de compatibilisation ne se pose.

Enfin, une étape éventuelle de solubilisation d'un polymère organique dans un solvant organique apolaire aprotique n'est pas non plus décrite puisque les polymères sont solubles dans l'eau et les alcools.

Le document [2] décrit des dispersions stabilisées dans une phase continue liquide de
4 nanoparticules inorganiques telles que des nanoparticules de silice ou d'oxydes métalliques, modifiées en surface par des silanes, des acides organiques, des bases organiques et des alcools.

La phase continue liquide est choisie parmi l'eau et les liquides organiques y compris les polymères.

Dans les exemples, on prépare une suspension dans le toluène de nanoparticules de silice modifiées en surface par de l'isooctylsilane, ou bien une suspension de silice colloïdale modifiée en surface par un silane dans l'eau ultrapure.

Des solutions hybrides comprenant des nanoparticules minérales dans une solution de polymère organique ou inorganique, a fortiori dans une solution de polymère organique dans un solvant organique, aprotique, apolaire ne sont pas décrites dans ce document qui n'évoque pas non plus la préparation de véritables matériaux hybrides inorganiques-organiques comprenant un polymère organique.

En outre, dans les documents [1] et [2] le solvant utilisé tel que l'eau est essentiellement polaire, protique.

Or, l'utilisation de certains polymères organiques est incompatible avec la présence d'eau lorsque l'on souhaite réaliser des couches minces de qualité optique. L'eau est en effet un non-solvant de nombreux polymères organiques. La présence d'un polymère organique dans une solution comprenant de l'eau ou un autre solvant protique entraîne l'apparition d'une fraction polymérique non-solubilisée. Une mauvaise qualité optique qui se traduit notamment par des pertes par diffusion peut alors être observée sur les dépôts en couches minces.

Les documents [3] et [4] indiquent la
5 possibilité de disperser des particules de cuivre ou d'argent dans différents polymères organiques comme la polyvinylméthylcétone, le PVC, le poly(fluorure de vinylidène) ou le nylon-11. La solubilisation de ces polymères dans des solvants organiques de type tétrahydrofurane et acrylonitrile permet d'assurer une bonne stabilité des particules métalliques. Dans ces documents, on ne met pas en oeuvre des nanoparticules colloïdales d'oxydes ou d'oxyhydroxydes métalliques fonctionnalisées, mais des particules métalliques non fonctionnalisées.

En outre, on ne prépare pas dans ces documents de matériau hybride organique-inorganique et notamment de matériau hybride inorganique-organique sous la forme de couches minces de qualité optique.

Le document [5] concerne des nanocomposites contenant une matrice organique notamment en un polymère et des nanoparticules, chacune de ces nanoparticules comprenant au moins un nanocristal de sulfure métallique dont la surface est modifiée par un acide carboxylique avec au moins un groupe aryle.

Les nanoparticules sont préparées en formant une solution d'un sel de métal non alcalin et de l'acide carboxylique dans un solvant apolaire, aprotique et en ajoutant un sulfure à cette solution et en précipitant les nanoparticules formées par addition d'un tiers solvant.
6 Les nanocomposites sont préparés en mélangeant les nanoparticules avec la matrice organique pour réaliser la dissolution des nanoparticules. Si la matrice organique comprend des monomères polymérisables, durcissables sous l'effet de la chaleur ou d'une irradiation, on ajoute un amorceur au mélange et on réalise la polymérisation, le durcissement par irradiation ou chauffage.

On peut aussi dissoudre les nanoparticules et la matrice organique dans un solvant tel que le chlorure de méthylène puis éliminer ensuite le solvant par évaporation.

Ces nanocomposites peuvent être utilisés dans des applications optiques.

Dans ce document, on ne prépare pas les nanoparticules par un procédé sol-gel dans un milieu protique, polaire.

En outre, les enseignements de ce document s'appliquent spécifiquement aux sulfures tels que le ZnS, transparent dans l'infrarouge, et ne peuvent en aucun cas être transposés facilement à des particules d'autres matériaux, tels que les oxydes comme le ZnO
transparents dans le visible.

Le document [6] décrit des solutions de revêtement comprenant des nanoparticules modifiées en surface, un premier liquide et un second liquide, les nanoparticules étant plus compatibles avec le premier liquide qu'avec le second liquide. Après application sur un substrat, le premier liquide est éliminé par exemple par évaporation et l'autre liquide forme généralement un film.
7 Le premier liquide peut être choisi notamment parmi les solvants organiques aliphatiques, alicycliques, et aromatiques comme le toluène, les alcools, les cétones, les aldéhydes, les amines, les amides, les esters, les glycols, les éthers etc.

Le second liquide peut être un liquide polymérisable, durcissable sous l'effet de la chaleur, d'une irradiation, ou de l'humidité.

Les nanoparticules peuvent être des nanoparticules minérales, par exemple des nanoparticules d'oxydes de métal comme la silice, la zircone, l'oxyde de titane, l'oxyde d'étain etc. Les nanoparticules peuvent être notamment sous la forme de dispersions colloïdales par exemple d'oxyde de zirconium ou d'oxyde de titane.

Cependant il n'est absolument pas précisé
si les particules colloïdales sont préparées par un procédé d'hydrolyse condensation tel qu'un procédé sol-gel et si les dispersions sont des dispersions dans un solvant polaire ou protique.

Les groupes modifiant la surface des nanoparticules sont choisis pour assurer la compatibilité des nanoparticules avec au moins un des liquides, ainsi lorsque le liquide est hydrophobe par exemple le toluène, les cétones et les acrylates les groupes de surface seront choisis pour assurer la compatibilité avec ce liquide hydrophobe.

Parmi les groupes modifiant la surface sont cités les silanes, les acides et les bases organiques et les alcools.
8 Dans les exemples, on prépare des solutions de revêtement avec de la silice modifiée en surface par des agents de couplage trialcoxysilane pour la rendre hydrophobe, du poly(méthacrylate de méthyle), du toluène, et de l'acétate de 1-méthoxy-2-propanol et l'on dépose ces solutions sur des lames de verre.

Plus précisément, parmi les silices à
surface modifiée A, B et C de la page 7 de ce document, seule la silice C se présente sous la forme d'une solution, bleue limpide de faible viscosité, dont le solvant n'est pas précisé. Les autres silices A et B
sont préalablement séchées.

Les silices A, B, de l'acétate de 1-methoxy-2- propanol et du toluène sont ajoutées à une solution de PMMA dans le toluène pour donner des solutions de revêtement ([0099] - page 7).

La solution C est mélangée avec du HDDA
(1,6-hexanediol diacrylate) pour donner un gel visqueux que l'on additionne à un mélange de HDDA et de THF. Il n'y a donc pas échange de solvants mais simplement addition, mélange de solvants. Au mélange obtenu, on ajoute du DAROCUR qui est un agent durcissant (Exemple 14, paragraphes [0105] et [0106] page 8).

Dans ce document, on ajoute aux nanoparticules non pas un polymère déjà préparé, constitué, mais des monomères solubles qui ensuite, polymérisent ; et dans le cas où les nanoparticules sont en suspension (C) on ajoute à celle-ci un composé
(HDDA) puis un agent durcissant et non un polymère déjà
constitué.
9 En conséquence, le procédé de ce document ne peut pas être réalisé avec tous les polymères. En particulier, le procédé de ce document exclut tous les polymères qui ne peuvent pas être préparés par polymérisation in-situ à partir de monomères solubles ;
c'est notamment le cas du polytétrafluoroéthylène (Teflon ) .

Le document [7] concerne un système colloïdal de nanoparticules d'oxydes minéraux dans un milieu de dispersion tel que l'eau, l'alcool, le tétrahydrofuranne, les hydrocarbures halogénés, la lessive de soude diluée, les acides dilués, les hydrocarbures et les hydrocarbures aromatiques.

Les nanoparticules sont notamment des nanoparticules d'oxyde de titane, d'oxyde de zirconium, d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de fer, de titanate de baryum ou de ITO ( Indium Tin Oxide en anglais ).

Afin de stabiliser le système, ces particules sont modifiées, fonctionnalisées en surface par des acides minéraux, des béta-dicétones ; des isocyanates ; des acides organiques ; des chlorures d'acide des esters, des silanes des acides polycarboxyliques.

Ces systèmes colloïdaux permettent d'améliorer certains composants en céramiques ou des matières plastiques. Ils peuvent être utilisés en tant que charge pour l'isolation thermique ou phonique, dans des diaphragmes de nanofiltration, dans des détecteurs de gaz, ou dans des fibres céramiques creuses.

Ce document ne décrit, ni ne suggère, l'addition de polymères organiques à ces dispersions colloïdales, ni leur dépôt sous la forme de films minces en particulier pour la réalisation de couches 5 minces hybrides de qualité optique.

Le document [8] a trait à des mélanges de polymères immiscibles dont la morphologie et la microstructure sont altérées par des nanoparticules modifiées en surface notamment par des silanes, des
10 acides organiques, des bases organiques et des alcools.
Ces nanoparticules peuvent être des particules minérales comme des particules de silice, zircone, oxyde de titane, silice, oxyde de cérium, alumine, oxyde de fer, oxyde de vanadium, oxyde d'antimoine, oxyde d'étain.

Les nanoparticules facilitent la répartition uniforme de la phase dispersée du mélange de polymères dans la phase continue de ce mélange.

Divers procédés peuvent être utilisés pour combiner les nanoparticules modifiées en surface et la phase continue. Par exemple, on peut combiner une dispersion colloïdale de nanoparticules modifiées en surface et la phase continue puis on élimine le solvant et l'on obtient la phase continue dans laquelle se trouvent dispersées les nanoparticules modifiées en surface.
Si la dispersion colloïdale est une dispersion aqueuse, avant l'addition de la phase continue, un cosolvant peut être ajouté pour faciliter l'élimination de l'eau. Après l'addition de la phase continue, l'eau et le cosolvant sont éliminés.
11 Dans l'exemple de ce document on prépare par extrusion un mélange d'un adhésif acrylique formant la phase continue et d'un polymère KRATON formant la phase dispersée avec addition de particules de silice poreuses modifiées en surface par un silane.

Dans ce document, on ne réalise pas la solubilisation du polymère dans un solvant et l'on prépare simplement un mélange pâteux en vue de l'extrusion.

En outre, la préparation de films minces, notamment de films minces à propriétés optiques, à
partir de ces mélanges n'est ni décrite ni suggérée.

Le document [9] concerne la dispersion de nanoparticules d'oxyde de tungstène dans du polyacrylonitrile lui-même dissout dans le diméthylformamide. Ce document n'envisage pas la fonctionnalisation de la surface des nanoparticules pour améliorer la dispersion des nanoparticules en milieu organique. De plus, le solvant envisagé n'est pas propice à la réalisation de films minces par voie liquide, car il présente une pression de vapeur saturante trop faible. La réalisation de films minces par cette méthode engendre des films présentant des inhomogénéités de surface.

Le document US-A-5,134,021 [10] décrit un film antibuée qui comprend au moins deux couches d'un film durci sur un substrat, ledit film durci comprenant en tant que composants principaux : (A) de l'alcool polyvinylique (PVA) et (B) au moins un composé choisi parmi la silice colloïdale, un composé organosilicié, et le produit de l'hydrolyse dudit composé
12 organosilicié. Le composé organosilicié agit comme un liant et n'a pas pour but de rendre la silice compatible avec un solvant mais plutôt de communiquer des propriétés antibuée au film.

Dans les exemples, on prépare une solution aqueuse de PVA, puis on ajoute à cette solution un silane hydrolysé et un sol de silice dans le méthanol.
Ensuite, on ajoute à ce mélange du dioxane et un agent tensioactif fluoré ainsi que de l'acétylacetonate d'aluminium (catalyseur) pour obtenir une composition de revêtement.

Dans ce document [10] on ne prépare pas véritablement une solution de silice greffée en surface par un silane dans un solvant aprotique apolaire.

En effet, à une solution aqueuse de PVA à
laquelle est ajouté le silane hydrolysé puis un sol de silice méthanolique, on ajoute ensuite du 1,4 dioxane :
le mélange obtenu reste donc essentiellement à base d'eau et de méthanol et il n'y a pas d'échange de solvants.

Il ne se pose aucun problème de compatibilisation car les solvants mis en oeuvre sont toujours essentiellement des solvants polaires et que le polymère (PVA) est soluble dans l'eau.

Le document FR-A-2 681 534 [11] décrit des solutions colloïdales concentrées de particules monocristallines non agrégées d'oxydes de métaux dans un solvant non aqueux.

Ces particules sont préparées par complexation en milieu solvant non aqueux d'un composé
tel qu'un alcoolate de métal par un ligand, puis
13 hydrolyse et condensation du complexe formé à l'aide d'une solution aqueuse d'un acide fort. On obtient à
l'issue de cette étape, un sol de particules amorphes d'oxydes métalliques dont la surface est protégée par les complexants, ligands.

Dans ce document un polymère déjà constitué
n'est pas mis en oeuvre et l'on ne réalise pas d'étape d'échange de solvants. Le solvant est toujours un solvant non aqueux.

Le document US-A-4 478 909 [12] a un contenu sensiblement analogue à celui du document [10].
Il décrit un film antibuée comprenant un film durci dérivé de (A) un alcool polyvinylique ; (B) de la silice finement divisée ; et (C) un composé
choisi parmi les composés organosiliciés et les hydrolysats de ceux-ci.

Le contenu de ce document [12] étant sensiblement analogue à celui du document [10], les mêmes conclusions s'appliquent à ce document.

Le document US-A-4,170,690 [13] décrit une composition de revêtement, en particulier pour communiquer une résistance à l'abrasion à des substrats thermoplastiques, qui comprend une silice colloïdale, et un mélange d'un dialkyldialkoxysilane et d'un alkyltrialkoxysilane.

Cette composition de revêtement est préparée en ajoutant un mélange d'un dialkyldialkoxysilane et d'un alkyltrialkoxysilane à un hydrosol de silice colloïdale et en ajustant le pH.

Dans l'exemple 1, on prépare une composition de revêtement comprenant de l'eau de la
14 silice colloïdale, de l'acide acétique, du méthyl triméthoxysilane, et du diméthyl dimethoxysilane que l'on dilue avec de l'isopropanol jusqu'à 20% en solides.

Dans ce document la composition de revêtement ne contient pas de polymère et l'on ne réalise pas d'échange de solvant. Le solvant est toujours un solvant essentiellement aqueux, polaire.

Le document FR-A-2 882 746 [14] décrit un procédé de préparation d'une solution sol-gel et l'utilisation de cette solution pour constituer un revêtement pour protéger un substrat à surface métallique.

Plus précisément, le procédé comprend les étapes suivantes :

a) préparer une solution sol-gel par mise en contact d'un ou plusieurs précurseurs moléculaires de métal et/ou de métalloïde avec un milieu comprenant un solvant organique ;

b) ajouter à la solution obtenue en a) au moins un composé mercaptoorganosilane ;

c) hydrolyser la solution obtenue en b) ;
d) ajouter à la solution obtenue en c) un ou plusieurs agents complexants.

Pour préparer un matériau de revêtement, on dépose sur le substrat une couche de la solution sol-gel préparée comme décrit ci-dessus et on réticule-densifie la couche déposée.

Dans ce document on n'est absolument pas en présence de particules colloïdales d'oxydes ou oxyhydroxydes.

En effet, ce document concerne la technique dite sol-gel polymère dans laquelle on forme un réseau d'oxyhydroxydes de métal, un polymère inorganique et non des particules colloïdales.

5 A fortiori, on ne prépare pas dans ce document des particules fonctionnalisées en surface par réaction avec un composé organique.

Le procédé de ce document ne comporte pas d'étape de greffage d'un composé organique sur la 10 surface de particule ni d'étape d'échange de solvants.

Le document FR-A-2 680 583 [15] décrit un matériau présentant des propriétés antireflet, hydrophobe et de résistance à l'abrasion. Ce matériau comprend, en particulier, une couche sol-gel antireflet
15 formée de colloïdes de silice dans un liant siloxane.
Cette couche est préparée à partir d'une solution sol-gel, elle-même préparée en hydrolysant un précurseur, par exemple le TEOS, en milieu basique. Parallèlement, on hydrolyse également le précurseur en milieu acide afin de fabriquer le liant siloxane soluble.

Dans ce document la silice n'est pas fonctionnalisée en surface par réaction avec un composé
organique.

En effet, la silice est simplement enrobée sans qu'il se soit produit une réaction chimique entre le siloxane et la surface de la silice.
Dans ce document un procédé comportant des étapes de greffage d'un composé organique sur la surface de particules et d'échange de solvants n'est absolument pas décrit.
16 Il existe donc, au regard de ce qui précède, un besoin pour un matériau hybride, composite organique, inorganique, qui comprenne des particules colloïdales d'au moins un composé inorganique choisi parmi les oxydes et oxyhydroxydes de métal ou de métalloïde, ces particules étant spécifiquement des particules préparées par voie sol-gel dans un milieu protique.

Il existe encore un besoin pour un matériau hybride, composite organique-inorganique qui puisse être mis facilement sous la forme de couches minces d'excellente qualité optique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Le but de la présente invention est de fournir un matériau hybride, composite organique-inorganique qui réponde entre autres à ce besoin.

Le but de la présente invention est encore de fournir un matériau hybride, composite organique-inorganique qui ne présente pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des matériaux de l'art antérieur et qui résolve les problèmes des matériaux hybrides, composites de l'art antérieur.

Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention par un matériau composite (hybride) organique-inorganique comprenant :
- des particules colloïdales d'au moins un composé inorganique choisi parmi les oxydes et oxyhydroxydes de métal ou de métalloïdes préparées par un procédé d'hydrolyse-condensation dans un solvant protique ou polaire, lesdites particules ayant été
17 fonctionnalisées en surface par réaction avec un composé organique ;

- et un polymère organique ou inorganique.
Le procédé d'hydrolyse-condensation par lequel sont préparées les particules colloïdales est choisi généralement parmi les procédés hydrothermaux et les procédés sol-gel, ces derniers étant préférés.

Les termes de procédés hydrothermaux et procédés sol-gel sont largement utilisés dans ce domaine de la technique et ont une signification bien établie et connue de l'homme du métier.

Les procédés hydrothermaux mettent en oeuvre un milieu réactionnel sous pression et en température dans lequel les réactions d'hydrolyse-condensation et cristallisation sont favorisées cinétiquement.

Les procédés sol-gel font appel à la synthèse à partir de précurseurs inorganiques tels que des sels, ou de précurseurs organométalliques tels que des alcoxydes, d'oxydes métalliques dans des conditions douces de température et de pression, à savoir généralement à pression atmosphérique et à une température inférieure à 100 C.

Les particules colloïdales peuvent avoir une forme quelconque, il peut s'agir par exemple de particules sphériques ou quasi sphériques, sphéroïdales, de particules polyédriques, de particules anisotropes ayant notamment la forme de plaquettes ou de grains de riz.

Les particules colloïdales ont généralement une taille moyenne, définie par exemple par leur grandeur caractéristique, qui est le diamètre dans le
18 cas de particules sphériques ou sphéroïdales, de 1 à
100 nm, de préférence de 2 à 50 nm.

Les oxydes de métal ou de métalloïdes peuvent être choisis parmi les oxydes transparents, notamment dans le visible, ou colorés. Ces oxydes peuvent être notamment choisis parmi les oxydes de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, et silicium ; les oxydes mixtes de ceux-ci ; et les mélanges de ces oxydes et oxydes mixtes.

Les oxyhydroxydes de métal ou de métalloïdes peuvent être choisis parmi les oxyhydroxydes transparents, notamment dans le visible, ou colorés.

Ces oxyhydroxydes peuvent être notamment choisis parmi les oxyhydroxydes de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, et silicium ; les oxyhydroxydes mixtes de ceux-ci ; et les mélanges de ces oxyhydroxydes et oxyhydroxydes mixtes.

Le solvant protique ou polaire peut être choisi parmi l'eau ; les alcools aliphatiques saturés ou insaturés de formule ROH, où R représente un groupe alkyle de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; les diols de formule HOR'OH où R' représente un groupe alkyle de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; et les mélanges de ceux ci.
19 De préférence le solvant protique ou polaire est le méthanol.

Le composé organique dont la réaction avec la surface des particules permet la fonctionnalisation de celles-ci, en d'autres termes le composé organique qui est greffé sur la surface des particules est de préférence un organosilane ou un composé moléculaire complexant.

L'organosilane peut répondre à la formule (I) suivante :

(R1) X-SiX(4-X) où R1 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone ; X est un groupe hydrolysable comme un halogénure, un acétonate, un carbonate, un sulfate, un acrylate ou un alcoolate de formule OR2 où R2 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone, et x vaut 1, 2 ou 3.

De préférence, l'organosilane répond à la formule (II) suivante :

R1Si (OR2) 3 où R1 et R2 représentent indépendamment des groupes alkyles de 1 à 10 atomes de carbone.

L'organosilane peut, de manière générale, être choisi notamment parmi les alcoxy(1 à 10C)silanes, par exemple le méthyltriméthoxysilane, l'éthyltriméthoxysilane, l'éthyltriéthoxysilane, le n-propyltriméthoxysilane, le n-propyltriéthoxysilane, l'i-propyltriméthoxysilane, le i-propyltriéthoxysilane, le butyltriméthoxysilane, le butyltriéthoxysilane, l'hexyltriméthoxysilane, le n-octyltriméthoxysilane, le n-octyltriéthoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le vinyldiméthylméthoxysilane, le vinyldiméthylcétoxysilane, le vinylméthyldiéthoxysilane, le vinyltriacétoxysilane, le 5 vinyltriéthoxysilane, le vinyltrisopropoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le vinyltriiphénoxysilane, le vinyltri(t-butoxy)silane, le vinyltris (2-méthoxyéthoxy) silane) ; les trialcoxy(1 à 10C)aryl(6 à
10 C)silanes ; l'isooctyltriméthoxysilane ; les silanes 10 comportant une fonction (méth)acrylate, comme par exemple le (méthacryloyloxy)propyltriéthoxysilane, le (méthacryloyloxy)propyltriméthoxysilane, le (méthacryloyloxy)propylméthyldiméthoxysilane ; le (méthacryloyloxy)méthyltriméthoxysilane, le 15 (méthacryloyloxy)propyldiméthylméthoxysilane ; les polydialkyl(1 à 10 C)siloxanes, incluant par exemple le polydiméthylsiloxane ; les aryl(6 à 10 C)silanes incluant par exemple, les arylsilanes substitués ou non, les alkyl(1 à 10 C)silanes, incluant les
20 alkylsilanes substitués ou non, incluant par exemple les alkylsilanes comprenant des substituants méthoxy et hydroxy ; les silanes fluorés comme le 3,3,3-trifluoropropyltriméthoxysilane, le (tridécafluoro-1, 1,2,2-tétrahydrooctyl) triéthoxysilane, le heptadécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrodécyl) triéthoxysilane.
Le composé organique complexant peut être choisi parmi les carboxylates de formule R3C00- dans laquelle R3 est un groupement alkyle, linéaire ou ramifié ayant 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ; les
21 f3-dicétonates et les dérivés de 8-dicétonates, par exemple de formule R4COCHCO -R5, dans laquelle R4 et R 5 sont choisis indépendamment parmi un groupe alkyle linéaire ou ramifié de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un groupe phényle ; les phosphonates, par exemple choisis dans le groupe constitué par R6PO(OH)2, R7PO (OR8) (OH) ou R et R11 9PO (OR10) (OR") dans lesquelles R6, R7, R8, R9, R10 sont des groupements alkyles identiques ou différents, linéaires ou ramifiés, ayant 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, ou un phényle ; les hydroxamates de formule R12CO(NHOH) dans laquelle R12 est un groupement ayant de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle ; les groupements diolate de formule OR13-OH où R13 est un groupement alkyle de 1 à 30 atomes de carbone, de préférence de 1 à 10 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle.

Le polymère organique est choisi généralement parmi les polymères solubles dans les solvants apolaires, aprotiques, dont des exemples sont donnés plus bas.

Par soluble dans ces solvants, on entend généralement que le polymère est soluble à
raison de 1 à 99% en masse par rapport à la masse totale de la solution.

Le polymère organique peut en particulier être choisi parmi les polymères polyvinyliques, par exemple l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone, et le polyvinylbutyral ; les
22 polysiloxanes, par exemple le polydiméthylsiloxane ;
les polyméthacrylates ; les polyacrylates ; les polyesters ; les polyéthers esters ; les polyuréthanes ; les polymères et copolymères fluorés comme le polyfluorure de vinylidène et le copolymère PVdF/HFP ou les polytrétrafluoroéthylènes, comme le Téflon AF ; les polystyrènes ; les polycarbonates ;
les polysilazanes ; les polyvinylcarbazoles ; les polyphosphazènes ; et les mélanges constitués par des polymères précédemment cités.

Si le polymère est inorganique, il s'agit généralement d'espèces solubles et polymérisées à
partir de précurseurs organométalliques dont la partie organique est généralement ramifiée et comporte par exemple des fonctions vinyliques, acrylates, perfluorées, à l'instar du 3,3,3-trifluoropropyltriméthoxysilane.

Le matériau selon l'invention se présente de préférence sous la forme d'une couche mince d'une épaisseur généralement de 1 à 1000 nm, de préférence de 10 à 500 nm, de préférence encore de 50 à 100 nm.

Cette couche mince est de préférence une couche mince optique . Ce terme est défini plus bas.
De préférence, cette couche mince est une couche mince transparente dans une gamme de longueurs d'ondes comprise entre l'ultraviolet et le proche infrarouge, incluant le spectre visible et cette couche est une couche de qualité optique telle que définie plus haut.

Cependant, le matériau selon l'invention peut aussi se présenter sous la forme d'une couche
23 colorée, par exemple d'une couche mince colorée absorbante dans le cas par exemple où l'oxyde ou l'oxyhydroxyde est coloré.

Il est à noter que dans le matériau final (notamment après séchage) par exemple sous forme de couche, il peut encore se trouver du solvant aprotique, apolaire résiduel à raison généralement de moins de 2%
en masse de la masse du matériau.

L'invention concerne, en outre, un procédé
de préparation d'une solution d'un matériau composite (hybride) organique-inorganique, tel que décrit plus haut, dans un solvant apolaire, aprotique dans lequel on réalise les étapes successives suivantes :

- préparation d'une suspension (1) ou sol, de particules colloïdales d'au moins un composé
inorganique choisi parmi les oxydes et oxyhydroxydes de métal ou de métalloïde, préparées par un procédé
d'hydrolyse-condensation, dans un solvant protique ou polaire (2) ;

- mélange de la suspension (1) avec un composé organique (3) susceptible de fonctionnaliser les particules en surface, ledit composé organique étant éventuellement dispersé dans le même solvant protique (2), pour obtenir une suspension (4) ;

- réaction, greffage du composé organique (3) sur la surface des particules (2), moyennant quoi on obtient une suspension (5) de particules fonctionnalisées en surface par le composé organique (3) ;
- échange du solvant protique (2) de la suspension (5) par un solvant organique apolaire,
24 aprotique (6) pour obtenir une suspension (7) de particules fonctionnalisées en surface par le composé
organique (3) dans le solvant organique apolaire, aprotique (6) ;

- solubilisation d'un polymère organique ou inorganique dans le solvant (6) pour obtenir une solution polymérique (9) ;

- mélange de la suspension (7) et de la solution (9) sous agitation pour obtenir une solution hybride organique-inorganique (10).

On peut employer aussi le terme de suspension pour désigner la solution (10) car à
l'échelle microscopique il s'agit d'une suspension qui macroscopiquement a l'apparence d'une solution.

De même la suspension (4) pourrait être appelée solution .

L'invention concerne en outre, un procédé
de préparation d'un matériau hybride, composite organique-inorganique dans lequel on prépare une solution d'un matériau composite (hybride) organique-inorganique, dans un solvant apolaire, aprotique par le procédé décrit ci-dessus, on dépose, applique cette solution sur un substrat et l'on évapore le solvant de la solution.

De préférence, le matériau hybride, composite organique-inorganique ainsi préparé se présente sous la forme d'une couche mince dont l'épaisseur a déjà été définie plus haut sur un substrat.

De préférence, ce matériau est transparent et le substrat est lui aussi, de préférence, transparent.

Le procédé selon l'invention de préparation 5 d'une solution d'un matériau composite (hybride) organique-inorganique, et le procédé consécutif selon l'invention de préparation d'un matériau hybride, composite organique-inorganique, comportent une suite d'étapes spécifiques qui n'a jamais été décrite, ni 10 suggérée dans l'art antérieur.

Au contraire des procédés de l'art antérieur, le procédé selon l'invention, permet, de manière surprenante, la comptabilisation d'une phase inorganique, minérale, préparée en milieu protique, 15 apolaire, par exemple aqueux ou hydroalcoolique avec une phase organique comprenant un solvant ou une solution polymérique, qui est essentiellement voire exclusivement aprotique, apolaire. En conséquence, des nanoparticules d'oxydes ou oxyhydroxydes de métaux 20 préparés avec tous les avantages connus du procédé sol-gel en milieu protique, polaire, peuvent être mises en oeuvre avec toutes sortes de solvants et non plus seulement avec les solvants polaires, protiques, et aussi avec toutes sortes de polymères et non plus
25 seulement avec des polymères solubles dans les solvants polaires protiques.
Le choix des polymères qui peuvent utilisés avec ces nanoparticules se trouve donc considérablement élargi en particulier à tous les polymères solubles dans les milieux apolaires et aprotiques, ce qui peut
26 donner accès à une grande variété de propriétés modulables à volonté pour le matériau hybride final.

En outre dans le procédé selon l'invention, le polymère qui est solubilisé dans le solvant (6) est un polymère déjà synthétisé et c'est ce polymère déjà
constitué qui est mélangé au solvant.

Le polymère n'est pas préparé par polymérisation in-situ à partir de monomères solubles comme dans le document [6] ce qui, de nouveau, élargit considérablement la gamme des polymères qui peuvent être mis en oeuvre.

Dans le procédé selon l'invention, le greffage à la surface des nanoparticules inorganiques d'une couronne de molécules organiques assure la stabilisation de celles-ci dans un milieu organique qui est un solvant ou une solution polymérique totalement différent du milieu polaire, protique dans lequel elles ont été initialement préparées.

On obtient donc grâce au procédé de l'invention une suspension, solution hybride organique-inorganique stable dans le temps, pendant généralement un ou plusieurs mois, par exemple de 1 à 6 mois.

Par suspension, solution stable, au sens de l'invention, on entend généralement qu'aucune séparation de phase n'est observée, qu'il n'y a pas de précipitation ou de décantation d'une phase solide, pas de floculation, d'agrégation ou de démixtion.

La stabilité induit la préparation d'une couche par exemple mince avec par exemple des propriétés optiques constantes, notamment en ce qui concerne l'indice de réfraction.
27 Le polymère est généralement soluble dans les solvants apolaires, aprotiques mais non dans les solvants polaires, protiques dans lequel ont été
préparées les nanoparticules inorganiques et grâce au procédé selon l'invention, on obtient une suspension, solution stable dans laquelle cohabitent de manière totalement compatible les nanoparticules, le solvant apolaire, aprotique et le polymère soluble dans ce dernier.

Dans la suspension, solution préparée par le procédé selon l'invention le polymère entoure les particules, qui sont elles-mêmes déjà fonctionnalisées, greffées, stabilisées, et l'on est donc en présence d'un système hybride composite qui a l'avantage de se comporter comme un milieu classique et qui peut être mis en oeuvre facilement par un procédé de dépôt par voie liquide classique, éprouvé.

Jusqu'à présent on disposait de solutions de polymères solubles dans un solvant apolaire, aprotique comme la butanone, ou bien de solutions d'oxydes tels que la silice, dans l'eau ou l'alcool.
Grâce au procédé de l'invention, on dispose maintenant de solutions polymériques stables chargées avec des particules minérales préparées en milieu protique et l'on combine les avantages des deux solutions.

Les procédés selon l'invention permettent en outre :

- le dépôt sous forme d'un revêtement à
composition organique/inorganique contrôlée, avantageusement transparent de l'ultraviolet au proche
28 infrarouge, possédant une excellente qualité optique (généralement sans absorption, ni diffusion) ;

- le contrôle de l'indice de réfraction des films hybrides déposés grâce à la composition de la solution définie par la proportion de phase organique par rapport à la phase inorganique. En effet plus la proportion de phase inorganique est élevée, plus l'indice de réfraction est élevé.

L'invention va maintenant être décrite de manière détaillée dans la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif et qui est faite en relation avec le procédé de préparation d'une solution d'un matériau hybride organique-inorganique et la préparation d'un matériau hybride organique-inorganique selon l'invention, en référence aux dessins joints, dans lesquels :

La Figure 1 est un graphique qui représente le pourcentage en nombre (Nombre (%)) de particules fonctionnalisées dans la suspension (5), dont le solvant est le méthanol, préparée, dans l'exemple 1 présentant un diamètre hydrodynamique déterminé (en nm) ; en fonction de différents rapports molaires nTFP/nAiooH, à savoir n=0 (barres noires A) ; n=1 (barres blanches B), et n=2 (barres grises C). Le diamètre moyen D pour n= 0, 1 ou 2 s'établit respectivement à
29 nm, 44 nm et 38 nm.

La Figure 2 est un graphique qui compare le pourcentage en nombre (Nombre (%)) de particules fonctionnalisées (A100H/TFP) présentant un diamètre hydrodynamique déterminé (en nm) respectivement dans la suspension (7)dont le solvant est la 2-butanone et dans la suspension (5), dont le solvant est le méthanol 2, préparées dans l'exemple 1 ; les barres noires A (à
gauche dans chaque couple de barres) concernent la suspension dans le méthanol et les barres blanches B (à

droite dans chaque couple de barres) concernent la suspension dans la 2-butanone.

Le diamètre moyen D des particules dans le méthanol s'établit à 39 nm et le diamètre moyen D des particules dans la 2-butanone s'établit à 38 nm.

La Figure 3 est un cliché en Microscopie électronique en Transmission (MET) du A100H avant greffage du trifluoropropyl-triméthoxysilane(TFP), l'échelle indiquée sur la figure représente 50 nm.

La Figure 4 est un cliché en Microscopie électronique en Transmission (MET) du A100H après greffage du trifluoropropyl-triméthoxysilane(TFP), l'échelle indiquée sur la figure représente 50 nm.

La Figure 5 représente les spectres UV et visible d'une couche mince d'une épaisseur de 210 nm de l'oxyhydroxyde fonctionnalisé A100H-TFP réalisée à

partir d'une suspension d'AlO0H-TFP avec un rapport n du nombre de moles d'oxyhydroxyde au nombre de moles de TFP égal à 2 (spectre A) ; d'une couche mince du matériau hybride comprenant des nanoparticules de l'oxyhydroxyde fonctionnalisé A100H et 10% en masse d'un copolymère poly(fluorure de vinylidène) cohexafluoropropylène (PVdF/HFP), réalisée à partir d'une suspension d'AlO0H-TFP (n = 2) avec 10% en masse de polymère PVdF/HFP (rapport en masse m du polymère sur l'oxyhydroxyde fonctionnalisé = 0,1) (spectre B) ;
d'une couche mince du matériau hybride comprenant des nanoparticules de l'oxyhydroxyde fonctionnalisé A100H
et 20% en masse d'un copolymère PVdF/HFP réalisée à
partir d'une suspension d'AlOOH-TFP (n = 2) avec 20% en masse de polymère PVdF/HFP (m = 0,2) (spectre C); d'une 5 couche mince du matériau hybride comprenant des nanoparticules de l'oxyhydroxyde fonctionnalisé A100H
et 30% en masse d'un copolymère PVdF/HFP réalisée à
partir d'une suspension d'AlOOH-TFP (n = 2) avec 30% en masse de polymère PVdF/HFP (m = 0,3) (spectre D) ;

10 d'une couche mince du matériau hybride comprenant des nanoparticules de l'oxyhydroxyde fonctionnalisé A100H-TFP et 40% en masse d'un polymère PVdF/HFP réalisée à
partir d'une suspension d'AlOOH-TFP (n = 2) avec 40% en masse de polymère PVdF/HFP (m = 0,4) (spectre E) ; et 15 enfin du substrat nu (spectre F); en abscisse est portée la longueur d'onde (en nm) et en ordonnée est portée la Transmission (en %).

La Figure 6 est un cliché en Microscopie électronique en Transmission (MET) du Zr02 avant 20 greffage du trifluoroporopyl-triméthoxysilane(TFP), l'échelle indiquée sur la figure représente 50 nm.

La Figure 7 est un cliché en Microscopie électronique en Transmission (MET) du Zr02 après greffage du trifluoropropyl-triméthoxysilane(TFP), 25 l'échelle indiquée sur la figure représente 50 nm.

La Figure 8 représente les spectres UV et visibles d'un empilement comprenant sur un substrat, six paires de couches ; chaque paire comprenant une couche de silice et une couche de matériau hybride Zr02
30 greffée par TFP, la courbe A est le spectre du substrat nu, le spectre B est le spectre simulé de l'empilement
31 [Si02/Zro2-TFP] 6 sur le substrat, et le spectre C est le spectre expérimental de l'empilement[Si02/Zro2-TFP]6 sur le substrat.

La Figure 9 est une photographie de l'empilement miroir préparé dans l'exemple 3.

La première étape du procédé selon l'invention de préparation d'une solution du matériau hybride organique-inorganique dans un solvant aprotique, apolaire consiste à préparer une suspension (1).

Elle consiste à synthétiser à partir de précurseurs inorganiques, ioniques (sels) ou organométalliques tels que des alcoxydes, dans un solvant polaire, les particules colloïdales de composé

inorganiques. Ces particules colloïdales ont déjà été
définies plus haut, aussi bien en ce qui concerne notamment leur nature, que leur structure, ou que leur taille.

Ces particules sont stables dans le solvant (2), elles sont non agrégées.

Le solvant polaire ou protique (2), de la suspension (1) a également déjà été défini plus haut.
Un solvant polaire ou protique préféré est le méthanol.

Les particules colloïdales sont préparées dans un solvant polaire ou protique et elles peuvent rester dans le même solvant polaire ou protique où
elles ont été préparées pour donner la suspension ou le sol de particules (1) dans le même solvant polaire ou protique (2). Mais le solvant polaire, protique (2), de la solution (1), tel que le méthanol peut aussi être différent du solvant polaire, protique tel que l'eau
32 dans lequel les particules ont été préparées. Par exemple, on peut remplacer l'eau ayant servi à la synthèse par du méthanol par exemple par dialyse.

Le solvant polaire ou protique dans lequel les particules colloïdales sont préparées, identique ou différent du solvant (2) de la suspension (1) est choisi parmi les solvants polaires, protiques cités plus haut.

La suspension (4) est obtenue en ajoutant à
la solution (1) un composé moléculaire (3) à base d'organosilane ou un composé moléculaire complexant.

Le composé moléculaire a déjà été décrit en détail plus haut.

Le composé moléculaire peut être éventuellement dispersé et/ou dissout dans un solvant de même nature que le solvant (2), de préférence dans le même solvant (2) que celui de la solution (1).

Le composé organique moléculaire (3) peut être ajouté dans une proportion de 1 à 99% en masse, par exemple de 5 à 50 % en masse par rapport à la masse de composé inorganique choisi parmi les oxydes et oxyhydroxydes de métal ou de métalloïdes.

Le greffage, la réaction, du composé
organique (3) sur la surface des particules (2), en d'autres termes la préparation de la suspension (5), sont généralement réalisés par un traitement thermique, par exemple par mise au reflux du solvant (2) de la suspension (4), conduisant à une fonctionnalisation des particules.

Le solvant organique apolaire aprotique (6) est exclusivement un solvant organique, anhydre,
33 aliphatique ou cyclique, saturé ou insaturé comportant un ou plusieurs groupes alkyles de 1 à 30 atomes de carbone ou un ou plusieurs groupes aromatiques tels que des groupes phényles et peut être choisi notamment parmi les cétones, par exemple l'acétone, la 2-butanone ; le tétrahydrofurane ; le 1,4 dioxane ; le toluène ; le styrène ; le cyclohexane ;
l'acétronitrile ; les amides ; les solvants fluorés, comme le Galden HT110 ; les éthers ; les esters et les mélanges des solvants précédemment cités. Le solvant (6) sera choisi de préférence parmi les solvants présentant une pression de vapeur saturante comprise entre 50 et 200 mbar. Le solvant (6) doit, en outre, de préférence pouvoir permettre le dépôt de couches minces de qualité optique. De préférence, le solvant organique (6) est la 2-butanone, le tétrahydrofurane ou le 1,4-dioxane.

L'échange du solvant protique (2) de la suspension (5) par le solvant organique apolaire, aprotique (6) peut être réalisé par distillation azéotropique ou par dialyse de la suspension (5) vers le solvant organique (6) pour obtenir la suspension (7) dans laquelle les nanoparticules sont stabilisées dans le solvant organique (6).

En effet, le composé moléculaire (3) a essentiellement pour fonction d'assurer la stabilisation des colloïdes dans le solvant organique (6).
La quantité de composé organique moléculaire (3) introduite dans la solution hybride organique-inorganique permet de contrôler la stabilité
34 de celle-ci. Cette quantité est généralement de 5 à 50%
en masse par rapport à la masse du composé inorganique.

Dans l'étape suivante du procédé, on procède à la solubilisation d'un polymère organique dans le solvant (6) pour obtenir une solution polymérique (9).

Le polymère organique peut être choisi parmi les polymères précédemment cités, de préférence parmi les polymères solubles dans les solvants aprotiques, apolaires.

La solubilisation du polymère dans le solvant (6) est généralement effectuée de la manière suivante - mélange du polymère et du solvant ;

- agitation, généralement magnétique, pendant par exemple 3 heures ;

- chauffage par exemple à 40 C pour favoriser la dissolution, de préférence avec application d'ultrasons.

La solution ainsi obtenue du polymère organique (8) solubilisé dans le solvant (6) est mélangée à la suspension (7) sous agitation pour obtenir la solution hybride organique-inorganique (10).

Généralement, cette agitation est une agitation mécanique et/ou magnétique, et l'on peut procéder à un traitement aux ultrasons pendant ou après ladite agitation.

Le rapport massique polymère organique/composé inorganique (c'est-à-dire oxyde ou oxyhydroxyde) est généralement compris entre 1 et 99%, de préférence entre 5 et 50% par exemple de 10%.

L'invention concerne, en outre, comme on l'a déjà précisé plus haut, un procédé de préparation du matériau hybride, composite organique-inorganique qui a été décrit en détail plus haut dans lequel on 5 prépare une solution d'un matériau composite (hybride) organique-inorganique, dans un solvant apolaire, aprotique par le procédé décrit ci-dessus, on dépose, applique, cette solution sur un substrat et l'on évapore le solvant de la solution.

10 De préférence, le matériau hybride, composite organique-inorganique ainsi préparé se présente sous la forme d'une couche mince sur un substrat Par couche mince, on a vu plus haut que 15 l'on entendait généralement une couche d'une épaisseur de 1 à 1000 nm, de préférence de 10 à 500 nm, de préférence encore de 50 à 100 nm.

Cette couche est de préférence une couche transparente mais il peut s'agit aussi d'une couche 20 absorbante colorée.

Par transparente au sens de la présente invention, on entend généralement que ce matériau, cette couche présente une transparence aux rayonnements d'une longueur d'onde comprise entre l'ultraviolet et 25 le proche infrarouge c'est-à-dire par exemple de 150 à
2000 nm.
Ce matériau, cette couche est de préférence de qualité optique ; ce terme a déjà été défini plus haut.

Plus précisément, le procédé de préparation du matériau hybride, composite organique-inorganique comprend les étapes successives suivantes :

- nettoyage de la surface du substrat ;

- rinçage et séchage de la surface du substrat ;

- dépôt de la solution (10) de matériau hybride organique-inorganique (10) sur le substrat pour former une couche uniforme de solution de matériau hybride organique-inorganique.

- évaporation du solvant pour former une couche uniforme de matériau hybride inorganique.

On désigne par le terme général de substrat tout substrat, support organique, ou inorganique, y compris métallique, tels que ceux qui seront décrits ultérieurement ou toute couche active ou favorisant l'adhérence, déposée sur ledit substrat.
Généralement, le substrat est un substrat plan ou un substrat présentant une faible courbure par exemple un verre de lunettes, mais le procédé selon l'invention permet de revêtir tout substrat quelle que soit sa forme.

Le terme substrat comprend aussi les substrats comprenant un substrat de base (par exemple, le verre, proprement dit) et un revêtement ou un traitement.
Le substrat selon l'invention peut être un matériau quelconque, mais il s'agit généralement d'un substrat en un matériau transparent. Par matériau transparent on entend un matériau qui peut être traversé par des rayons lumineux de longueurs d'ondes se situant dans le domaine spectral d'intérêt, tel qu'on l'a défini plus haut, par exemple, le spectre visible.

Le substrat s'il n'est pas transparent peut aussi être en un matériau réfléchissant, par exemple en un métal tel que l'or.

Le terme substrat comprend aussi les substrats comprenant un substrat de base (par exemple, le verre, proprement dit) et un revêtement ou un traitement.

Le substrat peut être un substrat organique ou un substrat inorganique, y compris métallique.

Le terme substrat organique désigne plus précisément un substrat plastique, par exemple l'un de ceux choisis parmi les polyacrylates, les poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), les acétobutyrates, les acétates de cellulose, les carbonates de diallylglycol, les polyuréthanes, les ABS, les polycarbonates, les polyallylcarbonates et les polyamides. Toutefois, cette liste n'est pas limitative et couvre de façon plus générale les matériaux polymères organiques.

Le terme substrat inorganique couvre plus précisément un substrat minéral, c'est-à-dire par exemple les matériaux amorphes ou même cristallins et notamment la silice, le silicium, les verres, tels que les verres borosilicatés ou sodo-calciques, les fluorophosphates et les phosphates, et les métaux dans le cas des substrats réfléchissants.

Comparés aux substrats minéraux, les substrats plastiques sont avant tout moins coûteux, plus facilement modulables, plus légers et moins fragiles aux chocs. Cependant leur utilisation nécessite préférentiellement, la présence d'une couche intercalée dite couche d'interface ou vernis entre le substrat organique et la première couche déposée, assurant une bonne comptabilité à cette interface.

Le substrat est généralement en un matériau choisi parmi les verres optiques et ophtalmiques polis.
Les verres optiques et ophtalmiques peuvent être choisis parmi les verres organiques, en un matériau tel que défini plus haut ; ou parmi les verres minéraux, tels que les verres borosilicates, définis plus haut et les verres à haut indice de réfraction, c'est-à-dire généralement de 1,7 à 1,9.

Le substrat, par exemple en verre minéral, peut n'être pourvu d'aucun revêtement.

Le nettoyage du substrat notamment dans le cas d'un substrat en verre peut être effectué à l'aide d'un ou plusieurs liquides de nettoyage, de traitement, choisis par exemple parmi les alcools, les acides, les savons, les cétones, l'eau. Ainsi, ce nettoyage peut être effectué en utilisant l'acétone, une solution aqueuse d'acide fluorhydrique à 1%, l'eau désionisée, l'éthanol absolu, de préférence successivement dans cet ordre.

Le rinçage du substrat, notamment dans le cas d'un verre, peut être réalisé avec de l'eau désionisée.

Lors du nettoyage et/ou du rinçage, on peut en outre mettre en oeuvre des ultrasons.

Le séchage du substrat peut être réalisé
avec de l'éthanol absolu.

Le dépôt de la solution (10) notamment sur un substrat peut être réalisé par l'une quelconque des techniques classiquement utilisées pour déposer une solution sur un substrat comme, par exemple la pulvérisation (ou spray-coating en langue anglaise), l'enduction centrifuge (ou spin-coating en langue anglaise), le dépôt à la goutte (ou drop-coating en langue anglaise), le trempage-retrait (ou dip-coating en langue anglaise), l'enduction laminaire (ou laminor flow coating ou meniscus-coating en langue anglaise), l'épandage (ou soak-coating en langue anglaise), l'enduction au rouleau (ou roll-to-roll process en langue anglaise), l'enduction à l'aide d'un couteau horizontal (ou tape casting en langue anglaise), ou encore l'enduction au pinceau (ou painting-coating en langue anglaise), le dépôt par jet d'encre ( ink jet printing en langue anglaise), la sérigraphie ( screen printing en langue anglaise), ou par tout autre procédé
permettant d'obtenir un dépôt uniforme et une couche homogène en épaisseur.

Parmi ces techniques, on préfère, notamment dans le cas où l'on souhaite réaliser un film mince, l'enduction centrifuge, le trempage-retrait et l'enduction laminaire, car ce sont celles qui permettent le mieux de contrôler l'épaisseur des couches déposées sur le substrat.

Quelle que soit la technique de dépôt utilisée, le solvant présent dans la solution est éliminé par évaporation, celle-ci pouvant se faire naturellement à l'air libre ou pouvant être facilitée, par exemple par application d'un flux gazeux, par chauffage thermique ou radiatif pour autant que la 5 température n'altère ni la solution, ni le substrat sous-jacent ou encore par des moyens mécaniques tels que la rotation du substrat lors d'un dépôt par enduction-centrifuge.

Il peut rester éventuellement du solvant 10 résiduel en faible proportions dans la couche par exemple à raison de moins de 2% en masse de la masse de la couche.

L'invention concerne également un matériau optique comprenant un substrat recouvert par au moins 15 une couche de préférence une couche mince de matériau hybride organique-inorganique tel que défini plus haut.
Par matériau optique, on entend généralement au sens de l'invention un matériau exerçant une action sur un rayon lumineux et notamment 20 sur la trajectoire de celui-ci par exemple en la déviant, la polarisant, la réfléchissant, l'absorbant, l'atténuant.

Un tel matériau possède par exemple des propriétés antireflet ou bien des propriétés 25 réfléchissantes, ou bien encore des propriétés polarisantes, absorbantes, atténuantes.
L'indice de réfraction de la couche de matériau hybride organique-inorganique peut être ajusté
en choisissant l'oxyde ou oxyhydroxyde de métal 30 rentrant dans la composition des nanoparticules colloïdales, la nature du composé organique de fonctionnalisation, la nature du polymère, le rapport molaire composé organique de fonctionnalisation/oxyde ou oxyhydroxyde de métal.

Les termes indice de réfraction faible, moyen et élevé doivent généralement être interprétés comme signifiant que l'indice est inférieur à 1,4 environ ; compris entre 1,4 et 1,6 environ ; et supérieur à 1,6 environ.

Dans ce matériau optique, la couche de matériau hybride organique-inorganique peut être notamment une couche à indice de réfraction élevé
constituée par exemple par une couche d'oxyde de zirconium fonctionnalisé en surface par du TFP
(trifluoropropylméthoxysilane).

Le matériau optique peut comprendre, outre la couche hybride organique-inorganique, par exemple à
indice de réfraction élevé au moins une couche choisie parmi .

- une couche de promoteur d'adhérence ;

- une couche à faible indice de réfraction ;

- une couche à indice de réfraction moyen ;

- une couche d'agent de liaison ;

- une couche d'un agent de couplage ;
- une couche antiabrasive.
En fonction de la nature des couches, de leur épaisseur et de leur disposition les unes par rapport aux autres, on peut réaliser des matériaux antireflets ou des matériaux réfléchissants ou polarisants ou atténuants ou absorbants.

Ainsi, le matériau optique peut être un matériau réfléchissant comprenant sur un substrat au moins un empilement d'une couche de matériau hybride organique-inorganique à indice de réfraction élevé sur une couche à faible indice de réfraction. La couche à
faible indice de réfraction peut être par exemple une couche de silice colloïdale et ce matériau optique peut comprendre de 1 à 50, par exemple 6 de ces empilements.

L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif.

Exemple 1 :

Dans cet exemple, on prépare une couche mince de matériau hybride organique-inorganique comprenant des nanoparticules colloïdales d'oxyhydroxyde d'aluminium fonctionnalisées par du 3,3,3 trifluoropropyl-trimethoxysilane (TFP) et un copolymère PVdF-HFP.

Dans une première étape, on prépare une suspension colloïdale (1) de nanoparticules d'oxyhydroxyde d'aluminium (A100H).

La synthèse des nanoparticules de A100H est réalisée à partir du protocole décrit par Yoldas [16].
On utilise de l'acide chlorhydrique (HCl), de l'aluminium sec-butoxyde (Al-sBu) et de l'eau (H20) dans les proportions molaires suivantes n H20 /n Al-sBu /n HCl = 300/3/0,2.

Les particules synthétisées dans l'eau sont dispersées dans le méthanol par dialyse, jusqu'à
l'obtention d'un sol totalement méthanolique à 5% en masse d'oxyde. Le composé moléculaire (3), le 3,3,3 trifluoropropyl-triméthoxysilane (TFP), est ensuite ajouté à la solution (1). Le rapport molaire organosilane/oxyde peut être compris entre 0,05 et 5 et plus précisément entre 1 et 3, par exemple 2.

La suspension (4) ainsi préparée est maintenue en agitation magnétique durant 30 minutes et conservée sous atmosphère inerte d'azote ou d'argon.
Cette suspension (4) est mise au reflux du méthanol pendant 16h, sous atmosphère inerte d'azote ou d'argon.
La suspension (5) dans le méthanol ainsi obtenue reste stable durant deux mois au moins.

La figure 1 permet de mettre en évidence une légère augmentation du diamètre hydrodynamique des particules après fonctionnalisation. Le diamètre est initialement de 29 nm pour le rapport molaire nTFP/nAiOOH=O et évolue jusqu'à 44 nm pour le rapport molaire nTFP/nAiOOH=1. Cette augmentation du diamètre hydrodynamique, qui atteste du greffage, est dans tous les cas limitée et le greffage n'entraîne pas d'agrégation des particules.

Un transfert de solvant par distillation azéotropique permet de disperser les nanoparticules greffées dans le solvant (6), la 2-butanone, et d'obtenir la solution (7).

La figure 2 montre que lors du transfert vers le solvant organique (2-butanone) par distillation azéotropique, la taille des nanoparticules exprimée par le diamètre hydrodynamique reste approximativement constante, elle passe en effet de 39 nm à 38 nm en diamètre hydrodynamique moyen, c'est-à-dire que la fonctionnalisation de la surface de l'oxyde permet une bonne stabilisation en milieu organique sans agrégation.

En d'autres termes, il n'y a pas d'agrégation des particules quel que soit le milieu dans lequel elles se trouvent, qu'il soit polaire (méthanol) ou apolaire (2-butanone), ce qui prouve l'efficacité du greffage au contraire par exemple du document [ 2 ] .

Les clichés de microscopie électronique en transmission de A100H pris avant et après greffage sont représentés sur les figures 3 et 4, respectivement, et montrent l'absence de modification significative de la morphologie des nanoparticules d'alumine après l'étape de greffage.

Par ailleurs, une solution polymérique (9) est réalisée en solubilisant un copolymère (8) PVdf/HFP
dissout dans un solvant organique (6) : la 2-butanone à
la concentration de 3%.

La solution hybride organique-inorganique (10) est obtenue par mélange de la suspension colloïdale (7) et de la solution polymérique (9). La proportion de polymère est comprise entre 10 et 30% de polymère par rapport à la masse sèche d'oxyhydroxyde et d'organosilane.

La solution (10) est mise sous agitation pendant 15 minutes par agitation magnétique suivie d'un traitement aux ultrasons de 30 minutes.

Le dépôt de la solution (10) est réalisé
par enduction-centrifuge.

Le substrat est un substrat de silice fondue d'un diamètre de 50 mm. Le substrat est nettoyé
comme cela a déjà été décrit plus haut, et le substrat est mis en rotation à la vitesse de 500 tr.min-1 5 environ. Le dépôt est réalisé avec 1 mL environ de solution (10).

Après deux minutes de séchage à température ambiante et pression atmosphérique, une couche homogène de matériau hybride organique-inorganique à base de 10 particules nanométriques de A100H fonctionnalisées par TFP et dispersées dans le copolymère PVdF/HFP couvre le substrat.

Propriétés optiques du revêtement hybride organique-inorganique préparé conformément au présent 15 exemple :

- la figure 5 donne la valeur de la transmission (%) en fonction de la longueur d'onde (A) pour un substrat revêtu par un matériau selon l'invention, préparé conformément au présent exemple, 20 qui est un matériau hybride comprenant des nanoparticules de A100H fonctionnalisées par TFP, et un copolymère PVdF/HFP à divers pourcentages en poids (10, 20, 30 et 40%) ; pour un substrat non revêtu (substrat nu) ; et pour un substrat revêtu d'une couche mince de 25 A100H fonctionnalisé par TFP.

- l'invention permet comme cela est montré
par la figure 5, d'obtenir une couche mince hybride organique-inorganique sans perte optique par absorption et/ou diffusion et ce dans une large gamme de longueurs 30 d'onde.

Pour ces couches minces, les épaisseurs (e,=210 nm) et les indices de réfraction (n,=1,41 à 1200 nm) sont identiques quelle que soit la fraction massique de polymère incorporée.

Exemple 2 Dans cet exemple, on prépare une couche mince de matériau hybride organique-inorganique comprenant des nanoparticules colloïdales d'oxyde de zirconium fonctionnalisées par du 3,3,3 trifluoropropyl-trimethoxysilane (TFP).

Dans une première étape, on prépare uns suspension colloïdale (1) de nanoparticules d'oxyde de zirconium.

Le protocole utilisé pour la synthèse de nanoparticules de Zr02 est décrit dans la référence [17] et les proportions molaires utilisées sont les suivantes .

n H2O /n ZrOC12 /n Urée = 100/1,2/1,4.

Les particules synthétisées dans l'eau sont dispersées dans le méthanol par dialyse, jusqu'à
l'obtention d'un sol totalement méthanolique à 5% masse d'oxyde. Le composé moléculaire (3), le 3,3,3 trifluoropropyl-triméthoxysilane (TFP), est ensuite ajouté à la solution (1). Le rapport molaire organosilane/oxyde peut être compris entre 0,05 et 5 et plus précisément entre 0,1 et 0,5, par exemple 0,3.

Les clichés de microscopie électronique en transmission du Zr02 avant greffage du TFP et de l'hybride Zr02_TFP sont représentés sur les figures 6 et 7. L'excès de TFP agit comme un liant et l'on peut considérer que le Zr02_TFP joue le rôle d'un polymère inorganique.

La fonctionnalisation des nanoparticules permet de limiter l'agrégation que nous pouvons observer sur le cliché de la figure 6. Cette fonctionnalisation permet ainsi d'obtenir des nanoparticules dont la dispersion est possible dans divers types de solvants organiques.

Exemple 3 :

Dans cet exemple, on prépare un revêtement réfléchissant composé d'un empilement de couches à haut et à bas indice de réfraction.

La couche à bas indice de réfraction est à
base de silice colloïdale et la couche à haut indice de réfraction est à base du matériau hybride préparé dans l'exemple 2.

La silice colloïdale est synthétisée en s'inspirant du protocole décrit dans la référence [18], afin d'obtenir une solution à 1% en masse dans l'éthanol. Le matériau hybride organique-inorganique est synthétisé comme décrit précédemment dans l'exemple 2, avec l'oxyde de zirconium, Zr02 et le trifluoropropyltriméthoxysilane (TFP) afin d'obtenir une solution hybride à 2% en masse dans le méthanol.

L'indice de réfraction de la couche hybride a été optimisé en ajoutant une quantité nTFP/nzro2=0, 3, afin d'obtenir une couche d'indice de réfraction n,=1, 70 .

Un revêtement présentant 90% de réflexion à A =600 nm a été obtenu par enduction centrifuge à

partir de l'empilement suivant : Substrat /[Si02/Zr02-TFP]6 (6 paires de couches Si02/ZrO2_TFP empilées.

Pour la réalisation de cet empilement, la couche ce silice colloïdale est obtenue par enduction-centrifuge à la vitesse de 500 tr/min. Celle du matériau hybride est obtenue en deux passages à la vitesse de 450 tr/min. Un traitement thermique de 15 minutes à 120 C a été réalisé entre chaque couche à bas et à haut indice de réfraction. Le spectre V/Visible de cet empilement est représenté sur la figure 8.

Comme on peut le constater sur la figure 8, le spectre de l'empilement expérimental, présentant une réflexion de 90% avec 6 paires de couches à bas et haut indice de réfraction, est en concordance avec celui obtenu par la simulation. Nous pouvons cependant noter qu'aux basses longueurs d'onde, le pourcentage de transmission baisse, traduisant la présence d'une légère diffusion.

La figure 9 présente une photographie d'un revêtement homogène sur l'ensemble du substrat et réalisé à partir du procédé décrit. La réalisation d'un tel empilement réfléchissant montre que la nature de la couche hybride organique-inorganique à haut indice de réfraction est de très bonne qualité optique.

Les exemples ci-dessus montrent que le procédé de fabrication du matériau hybride organique-inorganique est possible à partir d'oxydes de natures différentes. Ces matériaux permettent alors la réalisation de revêtements transparents à indice de réfraction adaptable, pour entrer par exemple dans la composition de revêtements réfléchissants.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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Demande WO-A2-2004/108116, (2004).

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Ghibelli, L. Sabbatini, T. Bleve-Zacheo, M.
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[7] R. Nonninger et 0. Binkle. Colloidal system of ceramic nanoparticles . Demande de brevet US-A1-2005-0250859, (2005).

[8] J. Baran, M. Johnson et J. Laperre. Polymer blends including surface-modified nanoparticles and methods of making the same . Demande de brevet W0-A1-2006/083431, (2006) [9] B.Y. Wei, S.L. Ho, F.Y. Chen et H.M. Lin, Optimization of process parameters for preparing W03/polyacrylonitrile nanocomposites and the associated dispersion mechanism . Surface and coatings technology. 166, (2003), p. 1-9.

[10] US-A-5 134 021 [11] FR-A-2 681 534 [12] US-A-4 478 909 (13] US-A-4 170 690 [14] FR-A-2 882 746 [15] FR-A-2 680 583 [16) B.E. Yoldas, Alumina Sol preparation from alkoxides . Ceramic Bulletin. 54, 3, (1975), p.
289- 290.

[17] S. Somiya et M. Yoshimura, Hydrothermal processing of ultrafine single-crystal zirconia and hafnia powders with homogeneous dopants , Advances in ceramics. 21, (1987), p. 43-55.

[18] W. Stôber, Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range . Journal of colloid and interface science. 26, (1968), p.
62.

Claims (94)

REVENDICATIONS
1. Matériau composite organique-inorganique comprenant :
- des particules colloïdales d'au moins un composé
inorganique qui est un oxyde ou un oxyhydroxyde de métal ou de métalloïde, préparées par un procédé
d'hydrolyse-condensation dans un solvant protique ou polaire, lesdites particules ayant été
fonctionnalisées en surface par réaction avec un composé organique ;
- et un polymère organique ou inorganique ledit polymère organique ou inorganique entourant les particules colloïdales.
2. Matériau selon la revendication 1 dans lequel les particules colloïdales sont préparées par un procédé
hydrothermal ou par un procédé sol-gel.
3. Matériau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les particules colloïdales ont une taille moyenne de 1 à 100 nm.
4. Matériau selon la revendication 3, dans lequel les particules colloïdales ont une taille moyenne de 2 à 50 nm.
5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'oxyde de métal ou de métalloïde est un oxyde de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, ou silicium ; un oxyde mixte de ceux-ci ; ou un mélange de ces oxydes et oxydes mixtes.
6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'oxyhydroxyde de métal ou de métalloïde est un oxyhydroxyde de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, ou silicium ; un oxyhydroxyde mixte de ceux-ci ; et un mélange de ces oxyhydroxydes et oxyhydroxydes mixtes.
7. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel le solvant protique ou polaire dans lequel sont préparées les particules colloïdales est l'eau ; un alcool aliphatique saturé ou insaturé de formule ROH, où
R représente un groupe alkyle de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; un diol de formule HOR'OH où R' représente un groupe alkyle de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; ou un mélange de ceux ci.
8. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le composé organique est un organosilane ou un composé moléculaire complexant.
9. Matériau selon la revendication 8, dans lequel l'organosilane répond à la formule (I) suivante : (R1)x-SiX(4-x) où :
R1 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone, X est un groupe hydrolysable, et x vaut 1, 2 ou 3.
10. Matériau selon la revendication 9, dans lequel le groupe hydrolysable est un halogénure, un acétonate, un carbonate, un sulfate, un acrylate ou un alcoolate de formule OR2 où R2 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone.
11. Matériau selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'organosilane répond à la formule (II) suivante :
R1Si(OR2)3 où R1 et R2 représentent indépendamment des groupes alkyles de 1 à 10 atomes de carbone.
12. Matériau selon l'une quelconque des revendications 8 à
11, dans lequel l'organosilane est un alcoxy(1 à
10C)silane; un trialcoxy(1 à 10C)aryl(6 à 10 C)silane ;
l'isooctyltriméthoxysilane ; un silane comportant une fonction (méth)acrylate; un polydialkyl(1 à 10 C)siloxane; un aryl(6 à 10 C)silane ; un alkyl(1 à 10 C)silane ou un silane fluoré.
13. Matériau selon la revendication 12, dans lequel l'alcoxy(1 à 10C)silane est le méthyltriméthoxysilane, l'éthyltriméthoxysilane, l'éthyltriéthoxysilane, le n-propyltriméthoxysilane, le n-propyltriéthoxysilane, l'i-propyltriméthoxysilane, le i-propyltriéthoxysilane, le butyltriméthoxysilane, le butyltriéthoxysilane, l'hexyltriméthoxysilane, le n-octyltriméthoxysilane, le n-octyltriéthoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le vinyldiméthylméthoxysilane, le vinyldiméthylcétoxysilane, le vinylméthyldiéthoxysilane, le vinyltriacétoxysilane, le vinyltriéthoxysilane, le vinyltriisopropoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le vinyltriphénoxysilane, le vinyltri(t-butoxy)silane, ou le vinyltris (2-méthoxyéthoxy)silane).
14. Matériau selon la revendication 12, dans lequel le silane comportant une fonction (méth)acrylate est le (méthacryloyloxy)propyltriéthoxysilane, le (méthacryloyloxy)propyltriméthoxysilane, le (méthacryloyloxy)propylméthyldiméthoxysilane ; le (méthacryloyloxy)méthyltriméthoxysilane, ou le (méthacryloyloxy)propyldiméthylméthoxysilane.
15. Matériau selon la revendication 12, dans lequel le polydialkyl(1 à 10 C)siloxane est le polydiméthylsiloxane.
16. Matériau selon la revendication 12, dans lequel l'aryl(6 à 10 C)silane est non substitué.
17. Matériau selon la revendication 12, dans lequel l'aryl(6 à 10 C)silane est substitué.
18. Matériau selon la revendication 12, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silane est non substitué.
19. Matériau selon la revendication 12, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silane est substitué.
20. Matériau selon la revendication 19, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silane comprend au moins un substituant méthoxy ou hydroxy.
21. Matériau selon la revendication 12, dans lequel le silane fluoré est le 3,3,3-trifluoropropyltriméthoxysilane, le (tridécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrooctyl) triéthoxysilane, ou le heptadécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrodécyl) triéthoxysilane.
22. Matériau selon la revendication 8, dans lequel le composé
moléculaire complexant est :
un carboxylate de formule R3COO- dans laquelle R3 est un groupement alkyle, linéaire ou ramifié ayant 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle, un .beta.-dicétonate, un dérivé de .beta.-dicétonate, un phosphonate, un hydroxamate de formule R12CO(NHOH) dans laquelle R12 est un groupement alkyle ayant de 1 à 30 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle ou un groupement diolate de formule OR13-OH où R13 est un groupement alkyle de 1 à 30 atomes de carbone linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle.
23. Matériau selon la revendication 22, dans lequel le groupement alkyle dans R3 a de 1 à 10 atomes de carbone.
24. Matériau selon la revendication 22, dans lequel le dérivé
de .beta.-dicétonate est de formule R4COCHCO-R5, dans laquelle R4 et R5 sont indépendamment des groupes alkyles linéaires ou ramifiés de 1 à 30 atomes de carbone, ou un groupe phényle.
25. Matériau selon la revendication 24, dans lequel les groupes alkyles dans R1 et R5 ont de 1 à 10 atomes de carbone.
26. Matériau selon la revendication 22, dans lequel le phosphonate est de formule R6PO(OH)2, R7PO(OR8)(OH) ou R9PO (OR10 )(OR11) , dans lesquelles R6, R7, R8, R9, R10 et R11 sont des groupements alkyles identiques ou différents, linéaires ou ramifiés, ayant 1 à 30 atomes de carbone, ou un phényle.
27. Matériau selon la revendication 26, dans lequel les groupements alkyles dans R6, R7, R8, R9, R10 et R11 ont de 1 à 10 atomes de carbone.
28. Matériau selon la revendication 22, dans lequel le groupement alkyle dans R12 a de 1 à 10 atomes de carbone.
29. Matériau selon la revendication 22, dans lequel le groupement alkyle dans R13 a de 1 à 10 atomes de carbone.
30. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à
29, dans lequel le polymère organique est soluble dans les solvants apolaires, aprotiques.
31. Matériau selon la revendication 30, dans lequel le polymère organique est un polymère polyvinylique ; un polysiloxane ; un polyméthacrylate ; un polyacrylate ; un polyester ; un polyéther ester ; un polyuréthane ; un polymère ou copolymère fluoré ; un polystyrène ; un polycarbonate ; un polysilazane ; un polyvinylcarbazole ;
un polyphosphazène ; ou un mélange constitué par des polymères précédemment cités.
32. Matériau selon la revendication 31 dans lequel le polymère polyvinylique est l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone ou le polyvinylbutyral.
33. Matériau selon la revendication 31 dans lequel le polysiloxane est le polydiméthylsiloxane.
34. Matériau selon la revendication 31 dans lequel le polymère ou copolymère fluoré est le polyfluorure de vinylidène ou le copolymère PVdF/HFP.
35. Matériau selon la revendication 31 dans lequel le polymère ou copolymère fluoré est un polytrétrafluoroéthylène.
36. Matériau selon la revendication 35 dans lequel le polytrétrafluoroéthylène est le Téflon AF.
37. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à
36, qui se présente sous la forme d'une couche mince.
38. Matériau selon la revendication 37, dans lequel la couche a une épaisseur de 1 à 1000 nm.
39. Matériau selon la revendication 38, dans lequel la couche a une épaisseur de 10 à 500 nm.
40. Matériau selon la revendication 39, dans lequel la couche a une épaisseur de 50 à 100 nm.
41. Matériau selon l'une quelconque des revendications 37 à
40, dans lequel ladite couche mince est une couche mince optique.
42. Procédé de préparation d'une solution d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 36, dans un solvant apolaire, aprotique, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes :
- préparation d'une suspension (1) ou sol, de particules colloïdales d'au moins un composé

inorganique qui est un oxyde ou un oxyhydroxyde de métal ou de métalloïde, préparées par un procédé
d'hydrolyse-condensation, dans un solvant protique ou polaire (2) ;
- mélange de la suspension (1) avec un composé
organique (3) susceptible de fonctionnaliser les particules en surface, ledit composé organique étant éventuellement dispersé dans le même solvant protique (2), pour obtenir une suspension (4) ;
- réaction, greffage du composé organique (3) sur la surface des particules (2), moyennant quoi on obtient une suspension (5) de particules fonctionnalisées en surface par le composé organique (3) ;
- échange du solvant protique (2) de la suspension (5) par un solvant organique apolaire, aprotique (6) pour obtenir une suspension (7) de particules fonctionnalisées en surface par le composé organique (3), dans le solvant organique apolaire, aprotique (6) ;
- solubilisation, d'un polymère organique ou inorganique dans le solvant (6) pour obtenir une solution polymérique (9) ;
- mélange de la suspension (7) et de la solution (9) sous agitation pour obtenir une solution hybride organique-inorganique (10).
43. Procédé selon la revendication 42, dans lequel les particules colloïdales sont préparées par un procédé
hydrothermal ou un procédé sol-gel.
44. Procédé selon la revendication 42 ou 43, dans lequel les particules colloïdales ont une taille moyenne de 1 à 100 nm.
45. Procédé selon la revendication 44, dans lequel les particules colloïdales ont une taille moyenne de 2 à
50 nm.
46. Procédé selon l'une quelconque des revendications 43 à
45, dans lequel l'oxyde de métal ou de métalloïde est un oxyde de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, ou silicium ; un oxyde mixte de ceux-ci ; ou un mélange de ces oxydes et oxydes mixtes.
47. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
46, dans lequel l'oxyhydroxydes de métal ou de métalloïde est un oxyhydroxyde de scandium, yttrium, lanthane, titane, zirconium, hafnium, thorium, niobium, strontium, tantale, cérium, antimoine, étain, nickel, magnésium, manganèse, fer, cobalt, germanium, ou silicium ; un oxyhydroxyde mixte de ceux-ci ; ou un mélange de ces oxyhydroxydes et oxyhydroxydes mixtes.
48. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
47, dans lequel le solvant protique ou polaire (2) est l'eau ; un alcool aliphatique saturé ou insaturé de formule ROH, où R représente un groupe alkyle de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; un diol de formule HOR'OH où R' représente un groupe alkyle de 1 à
30 atomes de carbone ou un groupe phényle ; ou un mélange de ceux ci.
49. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
48, dans lequel le composé organique est un organosilane ou un composé moléculaire complexant.
50. Procédé selon la revendication 49 dans lequel l'organosilane répond à la formule (I) suivante : (R1)x-SiX(4-x) où R1 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone, X est un groupe hydrolysable et x vaut 1, 2 ou 3.
51. Procédé selon la revendication 50 dans lequel le groupe hydrolysable est un halogénure, un acétonate, un carbonate, un sulfate, un acrylate ou un alcoolate de formule OR2 où R2 est un groupe alkyle de 1 à 10 atomes de carbone.
52. Procédé selon la revendication 50 ou 51 dans lequel l'organosilane répond à la formule (II) suivante :
R1Si(OR2)3où R1 et R2 représentent indépendamment des groupes alkyles de 1 à 10 atomes de carbone.
53. Procédé selon l'une quelconque des revendications 49 à
52, dans lequel l'organosilane est un alcoxy(1 à
10C)silane ; un trialcoxy(1 à 10C)aryl(6 à 10 C)silane ;
l'isooctyltriméthoxysilane ; un silane comportant une fonction (méth)acrylate ; un polydialkyl(1 à 10 C)siloxane ; un aryl(6 à 10 C)silane ; un alkyl(1 à 10 C)silane ou un silane fluoré.
54. Procédé selon la revendication 53, dans lequel l'alcoxy(1 à 10C)silane est le méthyltriméthoxysilane, l'éthyltriméthoxysilane, l'éthyltriéthoxysilane, le n-propyltriméthoxysilane, le n-propyltriéthoxysilane, l'i-propyltriméthoxysilane, l'i-propyltriéthoxysilane, le butyltriméthoxysilane, le butyltriéthoxysilane, l'hexyltriméthoxysilane, le n-octyltriméthoxysilane, le n-octyltriéthoxysilane, le vinylméthoxysilane, le vinyldiméthyltriméthoxysilane, le vinyldiméthylcétoxysilane, le vinylméthyldiéthoxysilane, le vinyltriacétoxysilane, le vinyltriéthoxysilane, le vinyltriisopropoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le vinyltriphénoxysilane, le vinyltri(t-butoxy)silane, ou le vinyltris (2-méthoxyéthoxy)silane).
55. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le silane comportant une fonction (méth)acrylate est le (méthacryloyloxy)propyltriéthoxysilane, le (méthacryloyloxy)propyltriméthoxysilane, ou le (méthacryloyloxy)propyltriméthylméthoxysilane.
56. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le polydialkyl(1 à 10 C)siloxane est le polydiméthylsiloxane.
57. Procédé selon la revendication 53, dans lequel l'aryl(6 à
C)silanes est substitué.
58. Procédé selon la revendication 53, dans lequel l'aryl(6 à
10 C)silanes est non substitué.
59. Procédé selon la revendication 53, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silanes est non substitué.
60. Procédé selon la revendication 53, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silane est substitué.
61. Procédé selon la revendication 60, dans lequel l'alkyl(1 à 10 C)silane comprend au moins un substituant méthoxy ou hydroxy.
62. Procédé selon la revendication 53, dans lequel le silane fluoré est le 3,3,3-trifluoropropyltriméthoxysilane, le (tridécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrooctyl) triéthoxysilane, ou le heptadécafluoro-1,1,2,2-tétrahydrodécyl) triéthoxysilane.
63. Procédé selon la revendication 49, dans lequel le composé
moléculaire complexant est :
un carboxylate de formule R3COO- dans laquelle R3 est un groupement alkyle, linéaire ou ramifié ayant 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle ;
un .beta.-dicétonate ;
un dérivé de .beta.-dicétonate ;
un phosphonate ;
un hydroxamate de formule R12CO(NHOH) dans laquelle R12 est un groupement alkyle ayant de 1 à 30 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle ; ou un groupement diolate de formule -OR13-OH où R13 est un groupement alkyle de 1 à 30 atomes de carbone, linéaire ou ramifié, ou un groupe phényle.
64. Procédé selon la revendication 63, dans lequel le groupement alkyle dans R3 a de 1 à 10 atomes de carbone.
65. Procédé selon la revendication 63, dans lequel le dérivé
de .beta.-dicétonate est de formule R4COCHCO-R5, dans laquelle R4 et R5 sont indépendamment des groupes alkyles linéaires ou ramifiés de 1 à 30 atomes de carbone ou un groupe phényle.
66. Procédé selon la revendication 63, dans lequel les groupes alkyles dans R4 et R5 ont de 1 à 10 atomes de carbone.
67. Procédé selon la revendication 63, dans lequel le phosphonate est de formule R6PO(OH)2, R7PO(OR8)(OH) ou R9PO (OR10) (OR11) , dans lesquelles R6, R7, R8, R9, R10 et R11 sont des groupements alkyles identiques ou différents, linéaires ou ramifiés, ayant 1 à 30 atomes de carbone ou un phényle.
68. Procédé selon la revendication 63, dans lequel les groupements alkyles dans R6, R7, R8, R9, R10 et R11 ont de 1 à 10 atomes de carbone.
69. Procédé selon la revendication 63, dans lequel le groupement alkyle R12 a de 1 à 10 atomes de carbone.
70. Procédé selon la revendication 63, dans lequel le groupement alkyle dans R13 a de 1 à 10 atomes de carbone.
71. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
70, dans lequel le greffage du composé organique (3) sur la surface des particules (2) est réalisé par un traitement thermique.
72. Procédé selon la revendication 71, dans lequel le traitement thermique est la mise au reflux du solvant (2) de la suspension (4).
73. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
72, dans lequel le solvant organique apolaire aprotique (6) est une cétone; le tétrahydrofurane ; le 1,4 dioxane ; le toluène ; le styrène ; le cyclohexane ;
l'acétronitrile ; un amide ; un solvant fluoré; un éther ; un ester ; ou un mélange des solvants précédemment cités.
74. Procédé selon la revendication 73, dans lequel la cétone est l'acétone ou la 2-butanone.
75. Procédé selon la revendication 73, dans lequel le solvant fluoré est le Galden HT110.
76. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
75, dans lequel l'échange du solvant protique (2) de la suspension (5) par un solvant organique apolaire, aprotique (6) est réalisé par distillation azéotropique ou par dialyse de la suspension (5) vers le solvant organique (6).
77. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
76, dans lequel le composé organique (3) est ajouté dans une proportion de 1 à 99% en masse par rapport à la masse de composé inorganique qui est un oxyde ou un oxyhydroxyde de métal ou de métalloïde.
78. Procédé selon la revendication 77, dans lequel le composé
organique (3) est ajouté dans une proportion de 5 à 50%
en masse par rapport à la masse de composé inorganique.
79. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
78, dans lequel le polymère organique est un polymère polyvinylique ; un polysiloxane ; un polyméthacrylate ;
un polyacrylate ; un polyester ; un polyéther ester ; un polyuréthane ; un polymère ou un copolymère fluoré ; un polystyrène ; un polycarbonate ; un polysilazane ; un polyvinylcarbazole ; un polyphosphazène ; ou un mélange constitué par des polymères précédemment cités.
80. Procédé selon la revendication 79, dans lequel le polymère polyvinylique est l'alcool polyvinylique, la polyvinylpyrrolidone ou le polyvinylbutyral.
81. Procédé selon la revendication 79, dans lequel le polysiloxane est le polidiméthylsiloxane.
82. Procédé selon la revendication 79, dans lequel le polymère ou le copolymère fluoré est le polyfluorure de vinylidène PVdF/HFP ou un polytrétrafluoroéthylène.
83. Procédé selon la revendication 82, dans lequel le polytrétrafluoroéthylène est le Téflon® AF.
84. Procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
83, dans lequel le rapport massique polymère organique/composé inorganique est compris entre 1 et 99%.
85. Procédé selon la revendication 84, dans lequel le rapport massique polymère organique/composé inorganique est compris entre 5 et 50%.
86. Procédé selon la revendication 85, dans lequel le rapport massique polymère organique/composé inorganique est de 10%.
87. Procédé de préparation d'un film ou d'une couche du matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 41 sur un substrat, dans lequel on prépare une solution par le procédé selon l'une quelconque des revendications 42 à
86, on dépose cette solution sur ledit substrat et l'on évapore le solvant de la solution.
88. Matériau optique comprenant un substrat recouvert par au moins une couche de matériau hybride organique-inorganique selon l'une quelconque des revendications 37 à 40.
89. Matériau optique selon la revendication 88, dans lequel la couche de matériau hybride organique-inorganique est une couche à indice de réfraction élevé.
90. Matériau optique selon la revendication 89, comprenant en outre au moins:
- une couche de promoteur d'adhérence ;
- une couche à faible indice de réfraction ;
- une couche à indice de réfraction moyen ;
- une couche d'agent de liaison ;
- une couche d'un agent de couplage ou - une couche antiabrasive.
91. Matériau optique selon la revendication 89 ou 90, qui est un matériau réfléchissant comprenant sur un substrat au moins un empilement d'une couche de matériau hybride organique-inorganique à indice de réfraction élevé sur une couche à faible indice de réfraction.
92. Matériau selon la revendication 91, dans lequel la couche à faible indice de réfraction est une couche de silice colloïdale.
93. Matériau selon la revendication 91 ou 92 comprenant de 1 à 50 empilements.
94. Matériau selon la revendication 93, comprenant 6 empilements.
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