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RÉSUMÉ
Un objet de dimensions nanométriques a des propriétés différentes de celles du matériau macroscopique dont il est issu. Les nanomatériaux sont ainsi de plus en plus utilisés pour de nombreuses applications. Cependant ils se présentent souvent dans des états métastables tant du point de vue de leur structure cristallographique, de leur forme, que de leur composition. Cet article traite de la structure, de la morphologie et de la stabilité des nano-objets (nanoparticules, matériaux bidimensionnels, films minces, nanofils et nanotubes) indépendamment de leurs modes de préparation sans omettre l’influence du substrat (cas des nano-objets déposés) ou des objets voisins (effets collectifs). Ces effets doivent être compris voire maîtrisés afin d’optimiser l’élaboration et l’utilisation des nanomatériaux.
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Pierre MÜLLER : Professeur à l’université d’Aix-Marseille - Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM), UMR 7325, campus de Luminy, 13288 Marseille, France
INTRODUCTION
Les nanomatériaux manufacturés peuvent être synthétisés selon deux approches. L’approche ascendante (« bottom-up » en anglais) consiste à élaborer les nanomatériaux par assemblage d’atomes, molécules ou agrégats. Elle relève généralement de méthodes de croissance. L’approche descendante (« top-down » en anglais) est fondée sur la miniaturisation d’un matériau par fractionnement ou suppression de matière et relève généralement de l’utilisation de méthodes issues de la microélectronique. Dans tous les cas, les matériaux obtenus ne sont pas nécessairement stables. Les nanoparticules peuvent ainsi présenter des structures cristallographiques exotiques, des morphologies spécifiques, des phases thermodynamiques non usuelles ou être influencées, tant en forme qu’en taille, par le substrat sur lequel elles sont déposées ou par des particules voisines. C’est également le cas des films minces, libres ou déposés sur un substrat, qui peuvent présenter des instabilités morphologiques liées à leurs propriétés thermodynamiques, mécaniques et élastiques ou à leur couplage. Les matériaux bidimensionnels, pouvant être décrits comme des films d’épaisseur atomique ou moléculaire, présentent également des caractéristiques spécifiques en matière de stabilité. Enfin, il est possible d’obtenir des nano-objets sous forme de nanoparticules creuses, de nanofils ou de nanotubes présentant une grande stabilité.
Comprendre la structure, la morphologie et les conditions de stabilité des nanomatériaux est un préalable indispensable avant de pouvoir les intégrer dans un quelconque dispositif de laboratoire ou procédé industriel. C’est là l’objet du présent article.
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- Version archivée 1 de sept. 2001 par Paul COSTA
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5. Glossaire
Nanoparticule ; nanoparticle
Une nanoparticule est un nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique (inférieures ou égales à 100 nm).
Nanofil ; nanowire
Un nanofil est un nano-objet dont le diamètre est de taille nanométrique (inférieur ou égal à 100 nm).
Nanotube ; nanotube
Un nanotube est une structure cristalline de forme tubulaire creuse dont le diamètre est de taille nanométrique (inférieur ou égal à 100 nm).
Potentiel chimique : chemical potential
Le potentiel chimique d’une espèce i correspond à la variation d’énergie d’un système thermodynamique rapportée à la variation du nombre d’atomes Ni de l’espèce considérée. Il s’exprime comme une dérivée partielle. Pour un système fermé, caractérisé par son énergie libre F, il s’écrit
où T et V sont respectivement la température et le volume.
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - LAPLACE (P.) - Mécanique Céleste. - Livre X, Courcier, Paris (1805).
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(3) - KERN (R.), MULLER (P.) - * - . – Surface Science, 392, 103 (1997).
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(4) - MULLER (P.), KERN (R.) - * - . – Surface Science, 457, 229 (2000).
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(5) - HEYRAUD (J.C.), METOIS (J.J.) - * - . – Journal of Crystal Growth, 50, 571 (1980).
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(6) - MOTTET (C.) et al - * - . – Phase transitions, 77, 101 (2002).
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