Module de notions fondamentales Version complète

1. «nano» c'est petit, mais à quel point?

La définition de nano Nano est un terme dérivé du grec (nanos = nain) 1 nanomètre = 1/1‘000‘000e de mm ≈ 3 atomes d'or 100 m = 1,0 = 1 m (1 mètre) 10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimètre) 10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micron) 10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanomètre)

La dimension nanométrique - Son ordre de grandeur Source: Fonds de l'Industrie Chimique FIC - Série de diapos

La dimension nanométrique - Son ordre de grandeur Court-métrage classique de Charles et Ray Eames tourné en 1977 Source: http://www.powersof10.com/

La dimension nanométrique - Son ordre de grandeur Site Web «Scale of the Universe» Source: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/

La dimension nanométrique - Rapports dimensionnels Rapport Terre/ballon de foot = Rapport ballon de foot/fullerène Source: Université de Mayence Source: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp Source: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.

2. Définitions

En quoi consistent les nanotechnologies? ... incluent la recherche et le développement technique dans le domaine compris entre 1 et 100 nanomètres (nm) ... génèrent des structures et se servent de structures qui en raison de leur taille présentent des propriétés entièrement nouvelles ... reposent sur la faculté de contrôler et de manipuler à l'échelle de l'atome ... synthétisent ces domaines classiques que sont la chimie, la physique et la biologie Source: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html

Synthétiser des disciplines Physique Chimie Biologie Nano-technologies Chimie physique Sciences de la matière Microélectronique/Mécatronique Biochimie Pharmacie Diagnostic Biophysique Techniques médicales Physique médicale

Qu’est-ce qu’un nanomatériau ? Matériaux nanostructurés (Structure interne ou structure superficielle à l'échelle nanométrique) Nano-objets CEN ISO/TS 27687

Exemples Nanoparticule (oxyde de zinc) Nanotube de carbone à plusieurs parois Cristal photonique Aérogel (corps solides d'une haute porosité) Couche Surface limite Puce (AMD K8) Taille de la structure ≤ 130 nm

3. Fabrication

D'où viennent les nanoparticules? Nanoparticules d'origine naturelle Éruptions volcaniques Feux de forêts Tempêtes de sable Nanoparticules engendrées par l'homme Tabagie Circulation (véhicules diesel) Industrie Fabrication industrielle de nanostructures Top-down (de haut en bas) Bottom-up (de bas en haut)

Génération de nanostructures de l'arbre Top-down: «de haut en bas» Génération de structures à l'échelle nanométrique par rapetissement ou par usinage ultraprécis. Procédés Broyage de poudre avec des moulins à billes Procédés de gravure (photolithographie) Structuration avec des faisceaux d'électrons ou d'ions à la planche

Génération de nanostructures de la plantule Bottom-up «de bas en haut» Formation, souvent auto-organisée (auto-assemblage), de structures complexes composées d'atomes ou de molécules individuel(le)s Procédé: Procédé sol-gel Synthèse en phase gazeuse Séparation chimique en phase gazeuse (chemical vapor deposition, CVD) Séparation physique en phase gazeuse (physical vaport deposition, PVD) vers l'arbre

4. Pourquoi «nano»?

Propriétés nouvelles Les nanomatériaux présentent de «nouvelles» propriétés. L'aluminium par exemple: La feuille d'aluminium est chimiquement très stable, donc très peu réactive. Inversement, les nanoparticules d'aluminium brûlent de manière explosive et s'utilisent comme carburant de fusée. Source: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html

Propriétés nouvelles Verre doré de teinte rouge rubis au Moyen-Âge Pour fabriquer autrefois le verre doré de teinte rouge rubis, on rajoutait au mélange de verre initial de la poudre d'or finement dispersée.

Nano-effets Nouvelles propriétés en tant qu'effets des nanotechnologies Propriétés liées aux dimensions (par exemple celles des nanocarriers utilisés en médecine). Superhydrophobie (par exemple l'effet lotus) Haute surface spécifique: Réactivité accrue (par exemple le fer pyrophore) Robustesse mécanique améliorée (par exemple les CNT) Propriétés électriques & thermiques modifiées (idem) Propriétés optiques modifiées (par exemple le nano-or, les cristaux liquides) Superparamagnétisme (par exemple les ferrofluides)

5. L'univers «nano» au quotidien

Les nanotechnologies dans les produits grand public TiO2 comme protection anti-UV: Nanoparticules dans les crèmes solaires et les cosmétiques SiO2 comme additif pour laques et peintures inrayables Nano-argent (effet antimicrobien & inhibition des odeurs) Nanotubes de carbone (CNT) intégrés dans un matériau cadre pour accroître la robustesse

Les nanotechnologies dans les produits grand public (Mars 2011) Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

Les nanotechnologies dans les produits grand public (Mars 2011) Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

Quiz du loft nanorama www.swissnanocube.ch/nanorama

6. Domaines d'application

Applications importantes Produits de consommation Énergie Automobile Domaines d'application Informatique, industrie électr. Industrie du BTP Chimie Médecine Optique Environnement

7. L'univers nano dans la Nature

Plus jamais sale ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre. «L'autonettoyage» des feuilles de lotus repose sur la micro- et la nanostructuration de leur surface. Les gouttes d'eau perlent dessus et emportent des particules sales en quittant la feuille. Microstructures incluant des nanocristaux de cire à la surface de la feuille (microscope électronique à balayage)

Plus jamais sale Vidéo illustrant l'effet lotus ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre. Vidéo illustrant l'effet lotus Utilisation de cet effet par exemple dans les peintures pour façade (Lotusan) Source: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw

Adhésion sans colle ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond. Les structures adhésives se composent de poils fins (env. 200 nm de diamètre) Les poils fins garantissent que le bout du doigt épouse de façon optimale les irrégularités de toute surface support Ce sont les forces dites de Van der Waals qui assurent l'adhérence; elles reposent sur des décalages de charge dans les atomes. Source: www.uni-saarland.de; photo : S. Gorb, Institut MPI de recherche sur les métaux, Stuttgart

Adhésion sans colle ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond. Les geckos parviennent à adhérer contre pratiquement toutes les surfaces. Et pour supprimer à nouveau le contact, ils «déroulent» leurs doigts. Source: www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Didaktik/Bionik.html