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
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
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!
C 15 H 31 COOH adsorbé sur du graphite 10 nm
Principe du microscope à effet tunnel (STM)
bias voltage Courant tunnel pointe Surface Z
En pratique...
La STM à température ambiante et à pression ambiante
Pointe Surface
Mode hauteur constante
Mode courant constant
X,Y Scan Circuit Piezo Feedback Electronics PC Pointe STM Pointe STM Solvant : Phényloctane I t V bias Images HOPG
Faire reconnaître différentes fonctions chimiques Illustrer l importance des différentes forces intermoléculaires Illustrer différents phénomènes physico-chimiques CH 3 CH 3 C 30 H 62 15 nm
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
CH 3 OH C 30 H 61 OH 20 nm
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
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!
CH 3 COOH C 15 H 31 COOH Observation de dimères! Interdigitation Faible conductivité des atomes d oxygène 10 nm
CH 3 COOH Conformation du groupement -COOH C 15 H 31 COOH 10 nm
CH 3 Br C 22 H 45 Br C 22 H 45 Br 20 nm 20 nm
CH 3 Br Rotation du groupement CH 2 Br terminal (on passe de la conformation trans à la conformation gauche) Affinité des fonctions halogènes
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
CH 3 Br COOH Molécule chirale Forme deux domaines énantiomériquement purs! R S
CH 3 Br COOH R S
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.
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
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