NANOMATERIAUX ET TECHNOLOGIE : UNE ASSOCIATION PROMETTEUSE POUR LE FUTUR (?) Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, ICCF UMR UBP-ENSCCF-CNRS 6296 24, Avenue des Landais, BP 80026 63171 Aubière Cedex Rachid.Mahiou@univ-bpclermont.fr
Atomes 0,1 nm Molécules qq nm (<100 nm) Objet pls. centaines de nm Algue unicellulaire L acétabulaire H :4-5 cm, : 1,5 cm
Molécule Brique élémentaire 0D 1D 2D 3D Les matériaux nano-chargés ou nano-renforcés Les matériaux nanostructurés en surface Les matériaux nanostructurés en volume
Vitrage anti-reflet
UV Vitrages «Intelligents» Ou «Smart windows»
cosmétique
Sous UV 1 µm
Largement utilisés en cosmétique depuis 1986, certains vecteurs comme les liposomes offrent aujourd'hui des débouchés dans l industrie pharmaceutique. Une nébulisation de liposomes vides résout certains problèmes pulmonaires chez les nouveaux nés. Ces vecteurs sont capables de véhiculer des substances médicamenteuses en ciblant des cellules spécifiques au cœur des tissus. Ils améliorent également la pénétration et le transport d actifs en thérapie génique, dans les collyres ou lors du traitement de certaines maladies comme le diabète.
Capsules creuses de polymère, obtenues par un procédé d'évaporation de solvant. Dans ces capsules peuvent être insérés des principes actifs. L'utilisation de tels matériaux intéresse la pharmacie, la médecine...
100 nm
Nanoporeux 1 matrice nanoporeuse: 20<r<1000 Å 1 liquide non mouillant: eau, mercure >90 P 1 2 1 T = cste P int P ext 0 3 2 V Intrusion de l eau dans les pores r compression détente Cycles à T=cte de compression détente 1 2 intrusion forcée extrusion spontanée
1 Déploiement de panneaux solaires: opérationnel http://www.space.gc.ca
2 Ecréteurs, systèmes anti-sismiques DLD International Goleta Air & Space Museum.
3 Absorbeur de choc, pare-chocs http://www.conceptsecurite.renault.fr
Nanoparticules et quantum dots
a a diffusion ("de Mie")
a a diffusion ("Rayleigh") varie en 1/
relation entre d et interférences entre les rayons réfléchis Loi de Bragg n = 2d.sin monochromatique lumière blanche diffraction iridescence 0,5 d 0,1
Que se passe t il quand la taille devient nanométrique? orbitales moléculaires orbitale atomique bande d énergie Les états continus (bande) deviennent discrets
quand le diamètre des particules augmente le gap diminue l absorption se déplace vers le rouge d
Le gap augmente quand la taille diminue orbitales moléculaires orbitale atomique bande d énergie On peut contrôler les propriétés optiques d un semi-conducteur en contrôlant sa taille
3 nm 4 nm 5 nm 3 nm Nanoparticules de 4 nm 5 nm CdSe E g = 1,6 ev 400 600 3 nm 4 nm 5 nm 500 700
Marquage de cellules cancéreuses Greffage d un marqueur (streptavidin) et d anticorps spécifiques IgG sur les quantum dots cible = cellules cancéreuses du poumon excitation sous lampe UV (Hg) émission par quantum dot Microtubules colorés en vert par QdotTM 525-stretavidin Mitochondries colorées en rouge par QdotTM 605-treptavidin Noyaux colorés en bleu par un luminophore organique
Palette de couleurs variée Protéines fluorescentes Quantum dots GFP + RFP 481 508 547 575 Problème Cd!!
UV UV
Des élytres recouverts d écailles
Changement d indice Toute contrainte appliquée à un structure modifie la couleur 1 Modification de l indice d un des constituants
Une échelle de structures
Une application : protection de «niveau 2» des billets de banque
Nanotubes de carbones Diverses formes de structures carbonées Un tel filament présente une résistance 100 fois supérieure à l'acier, pour un poids divisé par six, et cela avec une résistance peu commune aux hautes températures Ruban de 0,5 mm d épaisseur Fibre dense de 25 m
Utilisation des OLED pour la vision virtuelle Microdisplay OLED Optique pour Microdisplay Vision virtuelle Vision de l image en surimpression sur l environnement Ecran flexible
UV UV Béton flexible hyper-résistant "le nouveau béton est 500 fois plus résistant aux fissures et 40 pourcent plus léger que le béton classique".
Passerelle de la Paix à Séoul L'arc central de 120 mètres de portée est constitué de 6 éléments de 20 mètres de longueur et de 1,30 mètre de hauteur, sur lesquels repose un tablier de seulement 3 cm d'épaisseur. DUCTAL le béton du XXIème siècle. Mobilier urbain en DUCTAL
UV UV Plastique intelligent qui se retracte sous UV et qui revient à sa position normale sous eclairage bleu (chirurgie, avec éclairage endoscopique)
céramiques P.A. Cuvelier, Photo J. Lafait Email à base de sels de cuivre Formation de grains de Cu métallique en atmosphère réductrice Effet de plasmon de surface dans la couche
Ag Au Italian Lustre from Deruta (16 th century) Vitraux Vase antique (europe centrale) 17 ème siècle TECHNIQUE La céramique déjà émaillée (2 cuissons) est enduite d'une fine couche d'un mélange de sels d'ag et Cu. Une 3 ème cuisson en atmosphère réductrice permet la formation de nano-particules métalliques dans la couche de lustre. Céladon coréen dynastie Koryo (935-1392) Fours de verriers du 18 ème siécle Briques émaillées Porte d'ishtar à Babylone VI e siècle av. J.-C.
Risques? Merci pour votre attention!