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RÉSUMÉ
Les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d'une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
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Peter REISS : Docteur, chercheur CEA ([email protected])
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Frédéric CHANDEZON : Ingénieur, docteur, chercheur CEA ([email protected]) - Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, UMR 5819 SPrAM (CEA-CNRS-UJF) - Université Grenoble Alpes, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CEA, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CNRS, SPrAM, F-38000 Grenoble, France
INTRODUCTION
les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d’une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
Semiconductor nanocrystals attract a large research interest for more than thirty years now. These inorganic particles, capped by a layer of organic molecules separating them, illustrate particularly well the modification of physical properties induced by the quantum confinement effect when the size is decreased to the nanometre range. At the same time, progress in chemical synthesis enables the precise control of nanocrystals’ size and composition and hence of their optical properties, paving the way to various applications. This article gives an overview of the basic properties characterizing semiconductor nanocrystals, of their synthesis methods of their main applications.
photo-/électroluminescence, imagerie optique en biologie, photovoltaïque, éclairage/affichage, marquage biologique, cellules solaires, synthèse chimique, propriétés optiques, fonctionnalisation, applications.
photo-/electroluminescence, optical imaging in biology, photovoltaics, lighting/displays, biological labeling, solar cells, chemical synthesis, optical properties, functionalisation, applications.
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MOTS-CLÉS
applications cellules solaires fonctionnalisation photo-/électroluminescence éclairage/affichage marquage biologique synthèse chimique propriétés optiques
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2004 par Frédéric CHANDEZON, Peter REISS
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4. Applications des nanocristaux semi-conducteurs
4.1 Fonctionnalisation des nanocristaux
La couche de ligands entourant les nanocristaux assure leur compatibilité avec le milieu environnant et leur stabilisation sous forme colloïdale : elle détermine ainsi leur « solubilité ». Les nanocristaux issus des synthèses en milieu aqueux (méthode A.1) sont hydrophiles. Ceux provenant des synthèses dans des solvants organiques (méthodes B.1 et B.2) sont hydrophobes. La chaîne externe des ligands détermine par ailleurs la réactivité chimique des nanocristaux. Les ligands issus des synthèses citées ci-dessus n’ont pas de fonctions chimiques permettant le greffage des nanocristaux à d’autres nano-objets (molécules, biomolécules, polymères, nanotubes…). Ils comportent le plus souvent des longues chaînes alkyls afin d’assurer la stabilité colloïdale par répulsion stérique. Ces molécules constituent alors une barrière isolante, empêchant un transfert efficace de charges entre nanocristaux et limitant le transport électrique. Il est donc nécessaire de modifier la couche de ligands pour obtenir les propriétés des nanocristaux adaptée à l’application envisagée : c’est la fonctionnalisation.
Un exemple important consiste à rendre hydrophiles les nanocristaux hydrophobes issus des synthèses B.1 et B.2 pour des applications de marquage fluorescent en biologie.
Plusieurs approches de fonctionnalisation sont actuellement développées.
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Échange des ligands par d’autres ligands bifonctionnels X-Y-Z : X est la fonction d’ancrage à la surface du nanocristal, Y un bras espaceur (chaîne alkyl, aryl,…) et Z une fonctionnalité chimique. La fonction d’ancrage la plus courante pour les nanocristaux de semiconducteurs est la fonction thiol (− SH). Pour le groupement − Z, des fonctions courantes sont les fonctions carboxyle (− COOH) ou amine (− NH2) pour la dispersion en milieu aqueux et/ou le greffage, en particulier à des biolomolécules. Cette approche de fonctionnalisation est la plus directe et fut la première développée . Elle fournit une couche de fonctionnalisation compacte (typiquement un nm d’épaisseur) mais peut conduire...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PAUTRAT (J.-L.) - Demain le nanomonde : voyage au cœur du minuscule - Fayard (2002).
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(2) - ALIVISATOS (A.P) - * - . – J. Phys. Chem. 100, 13226 (1996).
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(5) - BRUS (L.E.) - * - . – J. Chem. Phys. 79, 5566 (1983).
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(6) - BRUS (L.E.) - * - . – J. Chem. Phys. 80, 4403 (1984).
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...
Conférence : « NaNaX – Nanoscience with Nanocrystals » a lieu tous les deux ans dans différents pays européens (années paires).
Conférence : « 30 years colloidal quantum dots » May 26-28, 2014, Paris.
( http://www.30-years-QDs.com).
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, INAC-SPrAM (UMR 5819 CEA-CNRS-UJF), CEA Grenoble, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble cedex 9
( http://inac.cea.fr/spram/NanoX/)
Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM, UMR8213CNRS/UPMC/ESPCI), 10, rue Vauquelin, 75005 Paris
NanoBioPhotonics Group, Institut d’Électronique fondamentale, Université Paris-Sud (UMR 8622 – CNRS), 15, Rue Georges Clémenceau, 91405 ORSAY cedex
( http://www.nbp.ief.u-psud.fr/Website/HOME.html)
Physics and Chemistry of Nanostructures Group, Ghent University, Krijgslaan 281 building S3 (Campus Sterre),...
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