Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les systèmes microfluidiques opérant en flux continu ont récemment attiré l'attention de la communauté scientifique et sont aujourd’hui reconnus comme des outils polyvalents pour la synthèse de nanomatériaux structurés divers afin de mieux contrôler leur taille, leur forme et leur (poly-)dispersité. Cet article met l’accent sur le potentiel de cette technologie pour offrir une solution de choix pour la synthèse de nanomatériaux de façon mieux contrôlée en montrant ses avantages et limitations. Quelques éléments d’explication des phénomènes physiques inhérents à la miniaturisation seront introduits pour expliquer l’apport de cette technologie en synthèse de nanomatériaux.
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The use of microfluidic systems operating in continuous flow has recently attracted the attention of the scientific community and are now recognized as versatile tools for the synthesis of diverse structured nanomaterials in order to better control their size, their form and dispersity. This article will focus on the potential of this technology to offer a solution of choice for the synthesis of nanomaterials in a more controlled way, but we will also discuss the advantages of this technology to open the synthesis process window of nanoparticles with a hyphen on structural characterization ex-in situ or in situ, during the synthesis.
Auteur(s)
-
Maël PENHOAT : Maître de conférences - Laboratoire Miniaturisation pour la Synthèse, l’Analyse et la Protéomique, Université de Lille, Villeneuve d’Ascq, France
INTRODUCTION
Un dispositif microfluidique est un réacteur chimique opérant en continu et présentant une (ou plusieurs) dimension(s) interne(s) de l’ordre du micromètre. Ces réacteurs miniaturisés présentent une physique des écoulements des fluides bouleversée par rapport aux réacteurs en lot conventionnels.
Depuis le début des années 2000, les chercheurs en synthèse de nanomatériaux se sont approprié cette technologie afin de mieux contrôler la taille, la forme et la réactivité de ces nano-objets aux applications dans un nombre croissant de domaines. En effet, un grand nombre d'innovations technologiques et la conception de matériaux produits au XXIe siècle seront influencés par les propriétés structurelles intrinsèques offertes par les nanomatériaux, allant de la synthèse chimique, au développement de produits de consommation (comme les nanocomposites à base de polymères dans le domaine du transport), à l’approvisionnement et le stockage de l’énergie (comme les membranes polymères électrolytes au sein des piles à combustible et les batteries lithium-ion), ou aux applications dans le domaine médical.
Cela est justifié par le grand nombre d’articles scientifiques publiés sur le développement de nanomatériaux pour des applications dans des domaines divers au cours de la décennie passée. Plus spécifiquement, les nanomatériaux synthétisés ont été appliqués largement en nanocatalyse pour :
-
la synthèse chimique ;
-
la production d’hydrogène ;
-
la génération de l'énergie ;
-
le stockage de l'énergie.
Des applications ont également été développées dans les domaines de l’optronique, de l’énergie photovoltaïque solaire, de la détection de gaz, pour les dispositifs d’affichage plasmoniques et enfin pour l’encapsulation de médicaments sous forme de nanoparticules pour faciliter leur délivrance au sein du corps humain.
Dans cet article, après une introduction des phénomènes physiques responsables de la réactivité en dispositif microfluidiques est, de nombreux cas d’étude sont présentés afin de détailler les différentes technologies microfluidiques existantes ainsi que leurs avantages et inconvénients. L’importance de ces dispositifs pour des études mécanistiques plus fines est étudiée et enfin la problématique de la montée en échelle vers la production industrielle est exemplifiée.
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KEYWORDS
continuous flow | nanoparticles | nanoparticles growth | microfluidic reactors
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Perspectives et évolutions
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2. Applications ou mise en œuvre
Dans ce paragraphe sont présentés différents exemples de synthèse de nanomatériaux qui ont été réalisés en dispositifs microfluidiques, allant de la synthèse de semi-conducteurs à la synthèse de nanoparticules métalliques. Toutefois, afin de comprendre les phénomènes de synthèse de nanoparticules, il convient dans un premier temps de présenter les différents mécanismes qui permettent de contrôler la taille, la forme et la (poly-)dispersité des nanomatériaux lors de la synthèse.
2.1 Mécanismes de formation des nanoparticules
Après le succès rencontré par les nanomatériaux ces dernières années pour le développement de nouvelles technologies, leurs propriétés structurelles uniques doivent être finement contrôlées et dépendent essentiellement de leur forme (sphère, prisme, bâton…), de leur taille et de leur distribution de taille obtenue au cours de l'étape de synthèse. La compréhension du mécanisme de formation des nanoparticules est donc fondamentale pour les nanotechnologies et les nanosciences. En effet, plusieurs protocoles de synthèse ont été développés afin d’accéder à une palette de caractéristiques structurelles variées. Ces aspects mécanistiques de croissance de particule sont influencés par les conditions réactionnelles telles que la température, le temps de séjour dans le réacteur, la nature des sels métalliques précurseurs, de la stœchiométrie des réactifs et des additifs.
Il a été proposé en 1950 que la croissance en taille de nanoparticules suit le modèle avancé de La Mer qui est basé sur la théorie de la nucléation développée par Becker et Doring dans les années 30 . Le modèle postule qu'après une étape discrète de nucléation, conséquence de la supersaturation, les particules sont formées. Puis, l'addition séquentielle de monomères s'engage pendant...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MA (J.), LEE (S.M.-Y.), YI (C.), LI (C.-W.) - Controllable synthesis of functional nanoparticles by microfluidic platforms for biomedical applications – a review. - Lab Chip, vol. 17, p. 209-226 (2017).
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(2) - KNAUER (A.), SCHNEIDER (S.), MÖLLER (F.), CSÁKI (A.), FRITZSCHE (W.), KÖHLER (J.M.) - Screening of plasmonic properties of composed metal nanoparticles by combinatorial synthesis in micro-fluid segment sequences. - Chem. Eng. J., vol. 227, p. 80-89 (2013).
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(3) - POLTE (J.), ERLER (R.), THÜNEMANN (A.F.), SOKOLOV (S.), AHNER (T.T.), RADEMANN (K.), EMMERLING (F.), KRAEHNERT (R.) - Nucleation and Growth of Gold Nanoparticles Studied viain situ Small Angle X-ray Scattering at Millisecond Time Resolution. - ACS Nano, vol. 4, p. 1076 (2010).
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(4) - HESSEL (V.), KRALISH (D.), KRTSCHIL (U.) - Sustainability through green processing – novel process windows intensify micro and milli process technologies. - Energy Environ. Sci., vol. 1, p. 467 (2008).
-
(5) - HESSEL (V.), LOWE (H.), MULLER (A.), KOLB (G.) - Chemical...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Vapourtec
Corning
Uniqsis
Syrris
Future Chemistry
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupement de recherche de synthèse en flux – GDR CNRS Synth_Flux 2053
https://gdrsynth-flux.cnrs.fr/
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