Sur l'élaboration de nouveaux carbonitrures : des variétés graphitiques aux structures peu compressibles

Abstract

En Chimie des Matériaux, la recherche de performances optimales pour la matière condensée a toujours été un challenge. Au début des années 90 Liu et Cohen proposèrent par des calculs ab initio, un modèle empirique permettant de calculer le module de compressibilité des matériaux covalents ainsi qu'un nouveau matériau appelé C₃N₄-β isostructural de Si₃N₄-β pouvant posséder des propriétés mécaniques proches de celles du diamant. Dès lors plusieurs autres variétés (quatre tridimensionnelles et une bidimensionnelle) furent envisagées pour ce carbonitrure de composition C3N4. Notre démarche a consisté à synthétiser un carbonitrure bidimensionnel afin de le convertir en une phase dense par analogie avec la synthèse du diamant, par conversion directe grâce à l'utilisation de hautes pressions et hautes températures ou par conversion assistée par flux. L'élaboration du carbonitrure 2D a été réalisée par la décomposition thermique de la thiosemicarbazide sous flux d'azote. Sa caractérisation par différentes techniques physico-chimiques et des essais de modification de sa composition chimique nous ont permis de mettre en évidence une relation entre la composition et la cristallinité. Par ailleurs, il a été constaté au sein de cette phase 2D la présence de nanoparticules amorphes à l'intérieur desquelles il a été remarqué l'existence de nanodomaines cristallisés de symétrie cubique composés exclusivement de carbone et d'azote. La mesure du module de compressibilité de cette phase cubique grâce à l'équation du troisième ordre de Birch Murnaghan a permis de mettre en évidence une valeur égale à 76% de celle du diamant et à 96% de celle du nitrure de bore cubique (second matériau le plus dur). Ainsi cette étude a donc permis de mettre en évidence l'élaboration d'une variété tridimensionnelle de carbonitrure à pression ambiante et température modérée et de confirmer la faible compressibilité des carbonitrures 3D.