Jean-François Morin! Nanosciences et nanotechnologies! CHM-4203! Chapitre 1. Définition des nanosciences et nanotechnologies!

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1 Chapitre 1 Définition des nanosciences et nanotechnologies!

2 1.1 Définition! Nano : Préfixe grecque de nain. techniquement, signifie milliardième Nanomètre : Milliardième de mètre! Nanoscience: Préparation, étude et manipulation de systèmes dont la taille Atomes Molécules se situe entre 1 et 100 nanomètres.! Polymères Protéines ADN, etc! Multidisciplinarité (physique, chimie, biochimie, science des matériaux, surface, médecine, etc.).! (National Nanotechnology Initiative)! Nanotechnologie:! Recherche et développement technologique de systèmes compris entre 1 et 100 nm; Fabrication et utilisation de structures ayant de nouvelles propriétés dues à leur taille; Habileté à contrôler et manipuler les atomes.! 2!

3 La nanoscience n est pas une nouvelle discipline:! - Vitraux d Églises médiévales contenant des nanoparticules d or. - Au début du 20e siècle, Albert Einstein calcul le diamètre d une molécule de glucose.! Quelques comparaisons! 200 µm! 2-5 µm! 5 mm! µm! 1 cm (10 mm)! 1 mm (1,000,000 nm)! 0,1 mm (100 µm)! 0,01 mm (10 µm)! 1 µm (1,000 nm)! 1-2 mm! µm! 10 nm! 0,1 µm (100 nm)! 0,01 µm (10 nm)! 5-50 nm! nm! 2 nm! 1 nanomètre! 0,1 nm! 3! 1-2 nm!

4 1.2 Raisons et motivations! Miniaturisation! La première motivation pour le développement des nanotechnologies est la miniaturisation des dispositifs existants, tout en conservant et même en améliorant les performances.! Ce besoin se fait d abord sentir dans le domaine de l électronique;! Loi de Moore! Loi de Moore! Loi établie par Gordon Moore, co-fondateur de Intel Corporation, en 1965.! «Le nombre de transistors pouvant être placé sur un circuit intégré va augmenter exponentiellement et devrait doubler tout les ans».! En 1975, G. Moore a révisé sa prédiction en changeant «tout les ans» par «tout les deux ans».! La performance des transistors augmente plus rapidement que leur nombre sur un circuit intégré.! 4!

5 Source: Intel Corporation! À ce rythme, la limite théorique (transistor moléculaire et atomique) sera atteinte dans ans. Si la tendance se maintient, en 2015, il y aura moins de 10 électrons par transistor. Toutefois, rien ne permet de fabriquer de tels transistors. Approche descendante vs. ascendante.! Actuellement, la photolithographie permet la fabrication de transistors de 29,9 nm (IBM 2006) avec de la DUV à 193 nm.! 5!

6 Approche descendante («top-down»)! Fabrication d unités de petites dimensions à partir d une unité macroscopique. Principalement utilisée par l homme pour la construction d objets de la vie de tout les jours.! Ex.: lithographie! Méthode actuelle pour les transistors Limite intrinsèque causée par la diffraction Limite : 20 nm (Tri-Gate de Intel à 22 nm en 2011) Projection 2016 :15 nm (lithographie EUV) Technique très coûteuse 6!

7 Approche Ascendante («bottom-up»)! Fabrication d unités de petites dimensions (nanomètre) à partir d atomes ou de molécules simples. La nature se sert de ce processus pour assembler les êtres vivants.! Nanocâbles, nanotubes, nanocapsules, etc.! Surface fonctionnelle organisée (SAM)! Limitations: Manque de contrôle, introduction de défauts dans les structures.! 7!

8 1.2.2 Propriétés intrinsèques! Propriétés spécifiques dues à la taille des nanoparticules Entre les phénomènes classiques et quantiques.! Propriétés optiques Propriétés électriques Point de fusion Résistance Réactivité! Propriétés optiques! 1,7 nm! 6 nm! cm! mm - µm! nm! 8! QD coeur-coquille CdSe CdS!

9 Propriétés thermiques! Température de fusion de nanocristaux de CdS (J. Phys. Chem. 2006, 100, 13226).! En plus des phénomènes quantiques, il y a l effet de surface. Plus une nanoparticule est petite, plus le rapport entre les atomes de surface et de cœur est grand.! 1.3 Domaines d applications! Pour l instant, la vaste majorité des applications en nanoscience et nanotechnologie découle du développement de nouveaux matériaux.! Nanomatériaux! Définition: Appelés nanopoudres lorsque non compressés. Grains dont les tailles sont distribuées entre nm.! 9!

10 Organiques! Polymères! Micelles! Blocs! Dendrimères! Nanoparticules! Nanomatériaux! Inorganiques! 1D! Carbone! Surface! Modification! Caractérisation! SAM! Microscopie, spectrocopie! 10!

11 Le développement et l étude de nouveaux nanomatériaux constituent les champs de recherche principaux en nanoscience et nanotechnologie.! Applications «physique»! Applications «médicales»! Un volet très important dans le domaine des nanomatériaux est le risque sur la santé humaine et sur l environnement.! 11!

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