Images d alcanes et de ses dérivés obtenues à l aide d un microscope à effet tunnel (STM)

Transcription

1 Images d alcanes et de ses dérivés obtenues à l aide d un microscope à effet tunnel (STM) David Wintgens Lycée Jean-Piaget, Neuchâtel david.wintgens@rpn.ch

2 But de cette présentation Fournir une animation «clé en main» Montrer des images de molécules Expliquer le fonctionnement de la microscopie à effet tunnel Faire reconnaître différentes fonctions chimiques Illustrer l importance des différentes forces intermoléculaires Illustrer différents phénomènes physico-chimiques

3 Monsieur / Madame, est-ce qu il est possible de voir des molécules? Il n est pas possible de voir des molécules, mais il est possible d en obtenir des images!

4 C 15 H 31 COOH adsorbé sur du graphite 10 nm

5 Principe du microscope à effet tunnel (STM)

6 bias voltage Courant tunnel pointe Surface Z

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8 En pratique...

9 La STM à température ambiante et à pression ambiante

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12 Pointe Surface

13 Mode hauteur constante

14 Mode courant constant

15 X,Y Scan Circuit Piezo Feedback Electronics PC Pointe STM Pointe STM Solvant : Phényloctane I t V bias Images HOPG

16 Faire reconnaître différentes fonctions chimiques Illustrer l importance des différentes forces intermoléculaires Illustrer différents phénomènes physico-chimiques CH 3 CH 3 C 30 H nm

17 C 30 H 62 SAM : self-assembled monolayer = monocouche auto-assemblée Structure ordrée, bi-dimentionnelle, 15 nm qui résulte de l interaction de plusieurs forces : - Force entre l adsorbant (HOPG) et les molécules - Force entre les molécules Ici : force intermoléculaire = force de van der Waals (London) force de peu d intensité! Parade pour stabiliser le film : prendre de longues molécules Ici: triacontane C 30 H 62

18 CH 3 OH C 30 H 61 OH 20 nm

19 CH 3 OH C 30 H 61 OH Angle de 60 entre les lamelles et l axe d une molécule Force intermoléculaire : force de van der Waals ET ponts hydrogène! 20 nm

20 CH 3 OH C 8 H 17 OH La monocouche est stabilisée par les ponts H : possibilité d obtenir des images de petites molécules adsorbées Angle de 60 entre les lamelles et l axe d une molécule 10 nm Structure en zig-zag Force intermoléculaire : Importance des ponts H!

21 CH 3 COOH C 15 H 31 COOH Observation de dimères! Interdigitation Faible conductivité des atomes d oxygène 10 nm

22 CH 3 COOH Conformation du groupement -COOH C 15 H 31 COOH 10 nm

23 CH 3 Br C 22 H 45 Br C 22 H 45 Br 20 nm 20 nm

24 CH 3 Br Rotation du groupement CH 2 Br terminal (on passe de la conformation trans à la conformation gauche) Affinité des fonctions halogènes

25 Br CH 3 COOH et CH 3 COOH C 15 H 31 COOH C 14 H 29 CH 2 BrCOOH Les atomes de brome sont volumineux Equilibre entre la phase adsorbée et la phase liquide

26 CH 3 Br COOH Molécule chirale Forme deux domaines énantiomériquement purs! R S

27 CH 3 Br COOH R S

28 La microscopie à effet tunnel (STM) permet l observation de molécules avec la résolution atomique (Å) permet la visualisation directe de groupements fonctionnels permet la compréhension des forces intermoléculaires permet la compréhension de différents phénomènes : dimérisation, chiralité, conformation de certains groupements, rotation de certains groupements, encombrement stérique, taille des atomes est une technique facile à mettre en route mais chère! requiert une certaine habitude pour l interprétation des images.

29 Perspectives pour la nanotechnologie L Auto-assemblage (self-assembly) ouvre de nouvelles perspectives : changement fondamental dans la manufacture de composants électroniques : bottom-up permet l étude de la thermodynamique et de la cinétique d adsorption (pour les systèmes physisorbés et chimisorbés) L interface liquide-solide intéresse la recherche dans plusieurs domaines : lubrification corrosion adhésion processus biologiques réactions environnementales

30 Lycée Jean-Piaget Remerciements! Fonds National pour la recherche scientifique Professeur George Flynn, Columbia University, New York Son équipe, plus particulièrement Dr Dalia Yablon et Kat Valdes