Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Les assemblages unidimensionnels de nanoparticules (NP) magnétiques suscitent un grand intérêt car leur organisation en chaînes induit de nouvelles propriétés physiques dites "collectives". Ces propriétés permettent d'envisager des innovations technologiques, notamment dans le secteur des sciences de la vie et de la santé. Cet article détaille les réalisations expérimentales d'assemblées unidimensionnelles (1D) de nanoparticules magnétiques et leurs applications. Une analyse des résultats de simulation montre dans quelle mesure les interactions dipolaires sont un facteur déterminant de la formation spontanée des chaînes de NP. Les différentes stratégies expérimentales d'assemblage de NP et les applications potentielles pour les sciences du vivant et de l'environnement sont présentées.
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One-dimensional assemblies of magnetic nanoparticles (NPs) are of great interest both theoretically and experimentally. The new ‘collective’ physical properties expected from such organizations may prompt technical innovation, in particular in the life sciences. This paper reviews experimental one-dimensional (1D) assemblies of magnetic NPs and their applications. The starting point is an analysis of simulation results that show to what extent dipolar interactions are responsible for spontaneous NP chain formation. Different experimental assembling strategies are then reviewed along with some of the possible resulting applications, mainly in the life and environmental sciences.
Auteur(s)
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Irena MILOSEVIC : Docteur ès sciences - Chercheur associé Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, UFR SMBH, France
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Vincent RUSSIER : Docteur ès sciences - Chargé de recherche ICMPE, UMR 7182 CNRS et université Paris Est, France
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Laurence MOTTE : Docteur ès sciences - Professeur Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, UFR SMBH, France
INTRODUCTION
Les assemblages hiérarchisés de matériaux magnétiques ont suscité un grand intérêt en raison de leurs structures uniques, leurs propriétés physiques particulières et les applications technologiques potentielles. En particulier, les assemblages magnétiques unidimensionnels (1D) de nanoparticules (NP) ont été un axe de recherche particulièrement actif ces dernières années, aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental. En comparaison avec les NP de dimension zéro ou NP dites « individuelles », les nanochaînes de NP 1D présentent des propriétés magnétiques exacerbées et fournissent des fonctionnalités de surface alignées et parallèles, appropriées pour différents secteurs technologiques, notamment dans le domaine médical et environnemental.
L'objectif de cet article est de réaliser une étude bibliographique approfondie de l'état de l'art concernant les assemblages unidimensionnels de NP magnétiques individuelles. Nous rappelons, dans une première section, quelques caractéristiques essentielles des NP magnétiques et l'importance des modélisations mettant en jeu des systèmes de particules présentant des interactions dipolaires. Ces interactions sont à l'origine des effets collectifs dans les assemblées de NP magnétiques, du fait de leur longue portée, et permettent d'expliquer dans certains cas la formation de chaînes. Ainsi, au-delà d'une investigation d'ordre fondamental des différents processus, une bonne compréhension des effets dipolaires peut présenter également un caractère prédictif. Dans une seconde section, nous présentons les différentes stratégies expérimentales qui ont été développées ces dernières années pour obtenir ces organisations : l'autoassemblage dipolaire dirigé, l'assemblage induit par un champ magnétique, ou la synthèse assistée par l'utilisation d'un « moule chimique » (ou template), l'assemblage chimique de particules présentant deux fonctionnalités différentes ou encore des méthodes physiques telles que l'extrusion électro-assistée (electrospinning) ou utilisant les systèmes de microfluidique. Parmi toutes ces stratégies, certaines peuvent être combinées, notamment l'utilisation d'un champ magnétique qui peut aider à diriger la formation de chaînes dans toutes les stratégies envisagées. La dernière partie de l'article présente les différentes applications de ces nanochaînes, notamment dans le domaine des sciences de la vie et de l'environnement.
MOTS-CLÉS
environnement Sciences de la vie et de la santé microfluidique Extrusion électro-assistée Polymérisation Evaporation synthèse chimique sous champ magnétique
KEYWORDS
environment | Medical applications | Microfluidics | electrospinning | Polymerisation | Evaporation | chemical synthesis under magnetic field
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Nanoparticules magnétiques : magnétisme à l'échelle nanométrique
Nous rappelons ici brièvement les caractéristiques principales des propriétés magnétiques des NP ; le lecteur intéressé se référera au dossier [N 4 590].
Le nanomagnétisme, ou le magnétisme à l'échelle nanométrique, concerne les matériaux dont au moins une dimension est d'échelle nanométrique. Plus précisément, cette dimension nanométrique doit être inférieure ou comparable à l'une des longueurs caractéristiques pour le magnétisme intrinsèque du matériau et grande devant l'échelle atomique ou moléculaire. Ainsi cette petite dimension permet d'influer sur les propriétés magnétiques macroscopiques. Les longueurs intrinsèques caractéristiques pour le magnétisme sont déterminées par la compétition entre les composantes principales de l'énergie magnétique à l'échelle mésoscopique. Ces composantes sont :
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l'énergie magnétostatique, due à la polarisation du milieu ;
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l'énergie d'anisotropie, due à la présence d'un (voire trois pour la symétrie cubique) axe de facile (ou difficile) aimantation provenant du réseau cristallin ;
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l'énergie d'échange, qui couple les moments de façon parallèle (matériau ferromagnétique) ou antiparallèle (matériau antiferromagnétique) ...
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Nanoparticules magnétiques : magnétisme à l'échelle nanométrique
BIBLIOGRAPHIE
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