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RÉSUMÉ
Les nano-mousses métalliques sont des structures bi-continues constituées de ligaments métalliques de dimensions nanométriques et de l’ordre de 50% de porosité. De cette architecture découlent des propriétés plasmoniques, mécaniques et chimiques spécifiques. Elles peuvent être exploitées pour des applications : actionneur mécanique ; capteur ; formation d’interconnexions pour la microélectronique ; catalyse et électrocatalyse ; composants de batterie et de supercondensateur. Ces perspectives concernent les domaines de la santé, de l’énergie et de l’environnement.
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Yannick CHAMPION : Directeur de recherches au CNRS Laboratoire science et ingénierie des matériaux et procédés, Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Saint Martin d’Hères, France
INTRODUCTION
Les nano-mousses métalliques sont des matériaux anciens : le premier brevet a été déposé par Raney en 1927, sur le nickel, pour une application en catalyse hétérogène. Ce sont aussi des matériaux très récents, avec des études intensives depuis les années 2000 et la mise en valeur de comportements inattendus comme par exemples les propriétés catalytiques de l’or nanométrique, la sélectivité chimique et biologique, et la plasmonique. Le besoin d’innovation dans le domaine des matériaux est permanent, et s’intensifie même face aux enjeux que se fixent les sociétés, relevant de l’évolution naturelle (amélioration des conditions de la vie : santé, industrie, transport, bâtiment, etc.) et de nécessités environnementales (énergie, écologie). Ce contexte rend nécessaire la création de nouvelles fonctions qui, de fait, reposeront principalement sur de nouveaux matériaux, de nouvelles architectures ou de nouveaux concepts.
Les mousses métalliques (micrométriques) ont une production de masse, et sont principalement utilisées pour leurs propriétés mécaniques et dans l’industrie métallurgique, par exemple. Leurs petites sœurs, les nano-mousses métalliques, outre leurs applications en catalyse, sont plus confidentielles en raison notamment des faibles quantités produites. Les secteurs de niche qu’elles intéressent sont toutefois importants. Les perspectives d’applications abordées dans cet article concernent les actionneurs, les capteurs (en particulier les bio-capteurs), la spectroscopie Raman et la spectroscopie de fluorescence issues de la plasmonique, l’interconnexion en microélectronique, la catalyse et l’électro-catalyse, les batteries et les supercondensateurs.
Les nano-mousses sont des matériaux cellulaires à structure bi-continue. Dans cet article, les nano-mousses décrites sont surtout celles issues du procédé de dissolution sélective (dealloying) car elles sont les plus répandues. Elles sont formées de ligaments désordonnés, connectés, de dimensions nanométriques et développant une porosité de l’ordre de 50 %. Les perspectives d’applications développées s’appuient sur des rappels, dans un premier temps, sur les propriétés optiques, mécaniques et chimiques des nano-mousses métalliques, avec la mise en valeur systématique de la nature nanométrique et de la forte surface spécifique.
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4. Conclusion
Les nano-mousses métalliques sont sources d’innovations pour différents secteurs d’applications en raison de leur microstructure cellulaire bi-continue à l’échelle nanométrique. Les principales propriétés rapportées dans cet article reposent sur les caractéristiques microstructurales uniques que sont les dimensions nanométriques et la connectivité des ligaments, ainsi que la très grande surface spécifique (avec 50 % de taux de porosité). L’architecture nano--cellulaire confère des propriétés mécaniques spécifiques élevées, liées à l’échelle nanométrique, mais également une forte tenue mécanique rapportée à la masse volumique de la nano-mousse. Si le faible taux de production par les méthodes d’élaboration actuelles ne permet pas d’envisager d’applications en tant que matériaux de structure, l’intégrité des matériaux dans les applications fonctionnelles est bien sûr indispensable. Les propriétés mécaniques, couplées à d’autres propriétés, sont avantageusement exploitées pour générer de nouvelles fonctions, comme les actionneurs mécaniques dans une gamme d’emploi peu ou pas couverte. Les propriétés chimiques et électrochimiques liées à la surface ciblent les domaines de la catalyse, l’électro-catalyse, l’interconnexion en microélectronique, les batteries et supercondensateurs, et certains capteurs. Les propriétés plasmoniques issues de la taille des ligaments et des surfaces, sont intéressantes en raison du couplage entre les plasmons localisés et propagatifs (polaritons). Ces aspects suggèrent des applications en tant que capteurs à forte sélectivité chimique avec des perspectives d’applications en tant que capteurs et bio-capteurs pour la santé et l’environnement.
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BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche
Institut de physique des matériaux, Université de Hambourg, Allemagne
3D packaging researche Center, Georgia Institute of technology, Atlanta, États-Unis
Institut d’études avancées, Université de Strasbourg
Laboratoire SIMaP, UGA, G-INP, CNRS, Grenoble
Laboratoire LEPMI, UGA, G-INP, CNRS, Grenoble
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