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RÉSUMÉ
Les nanoparticules sont des particules aux dimensions de l’ordre du nanomètre ou au dessous, étudiées et manipulées par les nanosciences et les nanotechnologies. Afin de réduire les effets indésirables dus aux différentes propriétés physiques, à l’échelle nanométrique comme macroscopique, l’étude de ces nanoparticules est nécessaire. Cet article donne dans un premier temps quelques définitions, puis décrit la structure atomique de ces particules (atome à l’amas, nombres magiques, fullerènes, etc). Une approche thermodynamique est ensuite proposée grâce à l’analyse de la fusion des nanoparticules et aux diagrammes de phase. La notion de transfert thermique est par la suite abordée.
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INTRODUCTION
Des effets négligeables à notre échelle macroscopique jouent un rôle essentiel à l'échelle nanométrique, et réciproquement. Diverses propriétés physiques particulières des nanoparticules inorganiques se manifestent lorsque leur taille atteint environ 10 nm.
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Transfert thermique
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3. Cohésion des nanoparticules : approche thermodynamique
Lorsque N atteint plusieurs milliers, les calculs de cohésion dépassent les capacités des ordinateurs. Le recours à l'approche thermodynamique est alors nécessaire.
La description thermodynamique des nanoparticules repose sur l'évaluation de leur énergie libre G (T ). Pour que la théorie thermodynamique s'applique, il faut que N soit suffisamment grand et que la surface de la particule soit caractérisée par une valeur unique de la tension superficielle γ. Cela est vérifié lorsque le rayon de la nanoparticule R est supérieur à environ 3 nm . Cette approche est discutée dans .
3.1 Fusion des nanoparticules
Le cas de la fusion est connu depuis longtemps. Dans la plupart des matériaux solides inorganiques, γ est pratiquement indépendant de la température. Dans ces conditions, la température de fusion de la nanoparticule Tm varie en fonction de R :
( 2 )
avec :
- Tm, ∞ :
- température de fusion habituelle (échelle macroscopique).
La variation linéaire de Tm avec R–1 a été mise en évidence expérimentalement dans le cas de métaux et de semi-conducteurs. Les matériaux inorganiques sont caractérisés par une constante α positive, comprise entre 0,4 et 3,3 nm.
Plusieurs expressions du paramètre α, basées sur des modèles divers, ont été proposées. La plus connue est l'expression originelle de Pawlow (1909), réévaluée par Hanszen en 1960 :
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Cohésion des nanoparticules : approche thermodynamique
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - WAUTELET (M.) (éd.) - Les Nanotechnologies. - Dunod (2003).
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(4) - SUGANO (S.) - Microcluster Physics. - Springer-Verlag (1991).
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(6) - CARPICK (R.W.), SALMERON (M.) - * - Chem. Rev., 97, 1163 (1997).
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(7) - YACAMAN (M.J.), ASCENSIO (J.A.), LIU (H.B.), GARDEA-TORRESDEY (J.) - * - J. Vac. Sci. Technol. B, 19, 1091 (2001).
- ...
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