Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications

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1 Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications Ngoc-Mai LUU, Touati DOUAR, Anne-Marie BONNOT Jean-Paul SALVETAT, Sophie MARSAUDON Forum Sondes Locales 2017 Laboratoire de Chimie Biologie des Membranes et Nano-Objets B14, Allée Geoffroy de Saint Hilaire, Pessac (Bordeaux)

2 Sommaire Intérêt des sondes à nanotube de carbone mono-paroi Fabrication et Caractérisation Application: Origamis d ADN LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 2

3 Avantages des nanotubes de carbone mono-paroi Haut rapport d aspect Nanotube mono-paroi φ 1-2 nm Faible diamètre Nanotube multi-paroi E SW 1TPa Diamant Flexible et résistant Stabilité mécanique Hydrophobe Limiter la contamination Excellent candidat comme la sonde AFM LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 3

4 Cahier des charges des sondes à nanotube mono-paroi pour l AFM CNT levier pointe pyramidale 3mm Synthèse directe des nanotubes sur la pointe - Un seul CNT sur la pointe - Attache solide sur la pointe - Longueur du CNT - Diamètre (mono-paroi ou bi-parois) - Direction du CNT x LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 4

5 Sommaire Intérêt des sondes à nanotube de carbone mono-paroi Fabrication et Caractérisation Application: Origamis d ADN LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 5

6 Laboratoire: Croissance directe des nanotubes mono-paroi à l extrémité de la pointe AFM Design: T.Douar Réacteur de dépôt chimique en phase vapeur assisté par le filament chaud Dépôt de film mince de catalyseur par évaporation sous ultra-vide Protocole de A.M.Bonnot de l institut Néel à Grenoble LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 6

7 Sonde à nanotube de carbone mono-paroi Caractérisation Intensité Microscopie électronique à balayage: structure de surface RBM RBM G cm cm cm Si D : carbone non graphitique défauts, 1370 cm -1 G Microscopie électronique à transmission: Mono-paroi Microscopie à force atomique: nanoparticules de catalyseur et NTs NT NT Spectroscopie Raman : carbone, NT, mono-paroi Fréquence (cm -1 ) LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 7

8 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi AFM, mode dynamique Modulation de Fréquence (FM «non contact résonnant), HOPG AFM Bruker Électronique Nanonis LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 8

9 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi Mode dynamique Mode Constance Signaux mesurés Modulation d amplitude TAPPING Modulation de fréquence Non contact résonance Fréquence d excitation Amplitude du levier & Déphasage Décalage de fréquence & Dissipation Asservisement d Image Amplitude Décalage de fréquence * Signal moyenné sur plusieurs périodes d oscillation Δf: forces conservatives Damping: Dissipation d énergie Interpréter facilement LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 9

10 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi Approche simplifiée d un oscillateur en interaction avec une surface A/A ,8-50 0,6 0, , ,99 0, ,005 1,01 A Δf=f/f o LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 10

11 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi Approche simplifiée d un oscillateur en interaction avec une surface A/A 0 ATTRACTIVE FORCE 1 0 0,8-50 0,6 0, , ,99 0, ,005 1,01 A Δf=f/f o LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 10

12 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi Approche simplifiée d un oscillateur en interaction avec une surface A/A 0 1 REPULSIVE FORCE 0 0,8 0,6 0, , ,99 0, ,005 1,01 A Δf=f/f o LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 10

13 Réponse mécanique de la sonde à nanotube mono-paroi Courbe d approche d un nanotube sur HOPG en mode FM-AFM Électronique Nanonis AFM Bruker LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 11

14 Sommaire Intérêt des sondes à nanotube de carbone mono-paroi Fabrication et Caractérisation Application: Origamis d ADN LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 12

15 Origamis d ADN Plier simple brin de l ADN à la forme souhaitée Ref: Paul.W.K.Rothemund; 2006; Nature 440, 297 Origamis : Juan Elezgaray ADN de Virus phage λ LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 13

16 Application: Imager en douceur un Origami d ADN avec une sonde nanotube mono-paroi mode dynamique FM dans l air: Asservissement sur le décalage de fréquence Pointe en silicium commerciale 16.0 Après utilisation Pointe silicium cassée avec un dépôt biologique à l extrémité (MEB) avant 0.0 après Sonde à nanotube de carbone mono-paroi 3.2nm LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 0 14

17 Application: Imager en douceur un Origami d ADN avec une sonde nanotube mono-paroi Images de hauteur en mode dynamique FM dans l air: Asservissement sur le décalage de fréquence: delta f -15 à -5 Hz 1ère 6,2nm 5,0 4,0 3,0 2,0 1, ième 6,5nm 5,0 4,0 3,0 2,0 1, images d un origami sans modification LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 15

18 Conclusion Synthèse directe de mono-paroi à l extrémité de pointes commerciales 100nm Compréhension de la réponse mécanique d un nanotube qui interagit avec une surface en mode dynamique FM Détails structuraux d origami à l air avec un mono-paroi Application mono-paroi: multiples scans d origamis d ADN sans altération LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications 16

19 MERCI et BIENVENUE à BORDEAUX LUU Ngoc Mai - Nanotubes de Carbone Mono-paroi comme sondes AFM: Synthèse directe et Applications luu.mai2312@gmail.com