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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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Nano-objets
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1. Nanomatériaux
Il existe trois grandes familles de nanomatériaux.
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Les nano-objets qui sont des matériaux dont au moins une des dimensions externes est comprise entre 1 et 100 nanomètres. Le nombre de dimensions nanométriques est de trois pour les nanoparticules ou agrégats, deux pour les nanotubes ou nanofils, une pour les nanofeuillets ou matériaux à deux dimensions (2D).
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Les matériaux nanostructurés qui, tout en ayant des dimensions macroscopiques, possèdent une structure interne ou de surface à l’échelle nanométrique. Les matériaux nanoporeux (dont le diamètre des pores est inférieur ou de l’ordre de 100 nm) appartiennent à cette famille.
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Les nanomatériaux composites, qui peuvent être des matériaux contenant des particules ou des matériaux dont au moins 50 % présentent une ou plusieurs dimensions externes nanométriques.
La figure 1 présente sous forme schématique différents types de nanomatériaux qui seront étudiés dans cet article.
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Nanomatériaux
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ASHCROFT (A.), MERMIN (N.) - Physique des solides. - EDP Sciences, 986 pages (2002).
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(2) - LAPLACE (P.) - Mécanique Céleste. - Livre X, Courcier, Paris (1805).
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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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