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Oxycarbure de silicium

Un oxycarbure de silicium est un composĂ© chimique de formule gĂ©nĂ©rique SiOxCy, oĂč x est infĂ©rieur Ă  2 et y est non nul ; en d'autres termes, c'est un type de verre qui contient du carbone en substitution de certains atomes d'oxygĂšne dans la matrice de dioxyde de silicium, ainsi que des particules de carbone amorphe et de carbure de silicium[1]. Ces matĂ©riaux sont intĂ©ressants pour leur duretĂ© et pour leur rĂ©sistance aux hautes tempĂ©ratures. Leur stƓchiomĂ©trie variable permet d'ajuster leurs propriĂ©tĂ©s physiques en faisant varier les conditions opĂ©ratoires de leur production[2].

De l'oxycarbure de silicium amorphe peut se former comme produit de pyrolyse de polymĂšres prĂ©cĂ©ramiques comme le polycarbosilane. De tels matĂ©riaux sont Ă©tudiĂ©s notamment du point de vue de leur intĂ©rĂȘt pour la rĂ©alisation de piĂšces en cĂ©ramique par stĂ©rĂ©olithographie. Lorsqu'ils sont produits Ă  partir de polymĂšres prĂ©curseurs, les oxycarbures de silicium forment une large part des matĂ©riaux connus sous le nom de cĂ©ramiques dĂ©rivĂ©es de polymĂšres[3].

Les oxycarbures de silicium sont utilisĂ©s notamment comme matĂ©riaux pour Ă©lectrodes. Ils permettent d'atteindre des capacitĂ©s de stockage lithium-ion atteignant de 600 Ă  700 mA h g−1[4] avec une dilatation par lithiation ne dĂ©passant pas 7 %[5] - [6] - [7] et une conductivitĂ© Ă©lectrique Ă©levĂ©e. Ils peuvent servir Ă  l'anode de matrice pour nanoparticules d'Ă©tain et d'antimoine, qui limitent la dilatation lors de la lithiation et permettent des capacitĂ©s de stockage thĂ©oriques de 992 et 660 mA h g−1 avec une fenĂȘtre de lithiation/dĂ©lithiation de 0,01 Ă  1,5 V par rapport Ă  Li+/Li. La pyrolyse de polymĂšres prĂ©cĂ©ramiques comme le poly(mĂ©thylhydrosiloxane) contenant des prĂ©curseurs organomĂ©talliques comme le 2-Ă©thylhexanoate d'Ă©tain[8] et le 2-Ă©thylhexanoate d'antimoine[9], Ă©ventuellement avec du divinylbenzĂšne, permet d'obtenir de tels matĂ©riaux.

Notes et références
  1. (en) J. B. Wachtman, 17th Annual Conference on Composites and Advanced Ceramic Materials, vol. 2/2, John Wiley & Sons, 28 septembre 2009. (ISBN 978-0-470-31622-1).
  2. (en) Carlo G. Pantano, Anant K. Singh et Hanxi Zhang, « Silicon Oxycarbide Glasses », Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 14,‎ , p. 7-25 (DOI 10.1023/A:1008765829012, lire en ligne)
  3. (en) Xifan Wang, Franziska Schmidt, Dorian Hanaor, Paul H. Kamm, Shuang Li et Aleksander Gurlo, « Additive manufacturing of ceramics from preceramic polymers: A versatile stereolithographic approach assisted by thiol-ene click chemistry », Additive Manufacturing, vol. 27,‎ , p. 80-90 (DOI 10.1016/j.addma.2019.02.012, arXiv 1905.02060, lire en ligne)
  4. (en) Martin Halim, Chairul Hudaya, A-Young Kim et Joong Kee Lee, « Phenyl-rich silicone oil as a precursor for SiOC anode materials for long-cycle and high-rate lithium ion batteries », Journal of Materials Chemistry A, vol. 4, no 7,‎ , p. 2651-2656 (DOI 10.1039/C5TA09973K, lire en ligne)
  5. (en) Jochen Rohrer, Dragoljub Vrankovic, Damian Cupid, Ralf Riedel, Hans J. Seifert, Karsten Albe et Magdalena Graczyk-Zajac, « Si- and Sn-containing SiOCN-based nanocomposites as anode materials for lithium ion batteries: synthesis, thermodynamic characterization and modeling », International Journal of Materials Research, vol. 108, no 11,‎ , p. 920-932 (DOI 10.3139/146.111517, lire en ligne)
  6. (en) Dragoljub Vrankovic, Magdalena Graczyk-Zajac, Constanze Kalcher, Jochen Rohrer, Malin Becker, Christina Stabler, Grzegorz Trykowski, Karsten Albe et Ralf Riedel, « Highly Porous Silicon Embedded in a Ceramic Matrix: A Stable High-Capacity Electrode for Li-Ion Batteries », ACS Nano, vol. 11, no 11,‎ , p. 11409-11416 (PMID 29061037, DOI 10.1021/acsnano.7b06031, lire en ligne)
  7. (en) Christina Stabler, Emanuel Ionescu, Magdalena Graczyk‐Zajac, Isabel Gonzalo‐Juan et Ralf Riedel, « Silicon oxycarbide glasses and glass‐ceramics: “All‐Rounder” materials for advanced structural and functional applications », Journal of the American Ceramic Society, vol. 101, no 11,‎ , p. 4817-4856 (DOI 10.1111/jace.15932, lire en ligne)
  8. (en) Romain J.‐C. Dubey, Pradeep Vallachira Warriam Sasikumar, Frank Krumeich, Gurdial Blugan, Jakob Kuebler, Kostiantyn V. Kravchyk, Thomas Graule et Maksym V. Kovalenko, « Silicon Oxycarbide—Tin Nanocomposite as a High‐Power‐Density Anode for Li‐Ion Batteries », Advanced Science, vol. 6, no 19,‎ , article no 1901220 (PMID 31592424, PMCID 6774025, DOI 10.1002/advs.201901220, lire en ligne)
  9. (en) Romain J.-C. Dubey, Pradeep Vallachira Warriam Sasikumar, Noemi Cerboni, Marcel Aebli, Frank Krumeich, Gurdial Blugan, Kostiantyn V. Kravchyk, Thomas Graule et Maksym V. Kovalenko, « Silicon oxycarbide-antimony nanocomposites for high-performance Li-ion battery anodes », Nanoscale, vol. 12, no 25,‎ , p. 13540-13547 (PMID 32555828, DOI 10.1039/d0nr02930k, lire en ligne)
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