Nanosciences et nanotechnologies sont deux termes nouveaux dont l’usage est récent, mais de plus en plus fréquent. On les retrouve aujourd’hui dans de nombreuses technologies, en particulier, tout ce qui concerne l’électronique. Que signifie les thermes composés du préfixe nano (d’origine grecque et signifiant « très petit ») pour former nano-objets, nanomatériaux, nano système ou encore nano défis nano enjeux et même nano monde? Le nano monde est le monde des objets dont la taille est environ 10000 fois plus petite que l’épaisseur d’un cheveu. A l‘échelle du nanomètre (le milliardième de mètre) certains phénomènes et effets sont inattendus, parfois fascinants. On pourrait imaginer un nano monde semblable au monde dans lequel nous évoluons: tout serait seulement beaucoup plus petit! En réalité, lorsqu’on est proche du nanomètre et donc de la taille des atomes et molécules, de nouveaux phénomènes apparaissent.

Le Nanomonde Schema01Nano

 

A) Nano-objets et materiaux nanostructurés

Le nano monde est constitué de plusieurs entités que l’on appelle les nano objets. Un nano objet est un objet dont la dimension est de l’ordre du nanomètre (c’est-à-dire au milliardième de mètre). Nous trouvons dans ce nano monde plusieurs nano objets comme par exemple les nanoparticules, les nanotubes, nano machines etc.... Tout d’abord, les nanoparticules sont des assemblages de plusieurs centaines ou milliers d’atomes qui forment des objets de tailles nanométriques. En général les nanoparticules sont des amas de molécules ou d’atomes. Même si de nouveaux nano objets sont inventés et fabriqués, il existe déjà dans notre environnement, en grande quantité, toute sorte de nano particules, naturelles (volcanisme, incendies, érosion) ou artificielles (industrielles).
Nous pouvons différencier trois types de nanoparticules :

  • Les nanoparticules naturelles, certaines d’entre elles sont présentes dans l’environnement (comme la poussière, volcanisme..)


  • Les nanoparticules non manufacturées, c’est-à-dire provoquées directement ou indirectement par l’être humain. Ce sont des nanoparticules «déchets».


  • Les nanoparticules manufacturées. Ce sont des nanoparticules produites par l’homme pour de la recherche ou pour les industries.

Ensuite vient les nanotubes, qui comme son nom l’indique, les atomes qui les assemblent forment un tube. Plus précisément, les nanotubes de carbone sont formés de feuillets de graphite*.

 

 

nanotube

Structure du nanotube

Il existe deux types de nanotubes de carbone :

-Nanotubes de carbone «monofeuillet» : c’est à dire que sa structure est représentée par un feuillet de graphène enroulé sur lui-même qui va définir un paramètre important: l’hélicité. Ce dernier permet de caractériser les différentes formes de nanotube.

-Nanotubes de carbone multifeuillets: c’est à dire que sa structure est constituée de plusieurs feuillets de graphènes* enroulés les uns autour des autres.

De plus nous remarquons qu’il y a trois types d’enroulement chez les nanotubes de carbone monofeuillet: Structure de type «zig zag»: ils se comportent comme des métaux. Structure de type «créneau» qui eux se comportent comme des semis conducteurs. Nanotube «chirale».  L’enroulement de la feuille de carbone constituant le nanotube peut se faire de différentes manières. Selon la direction d’enroulement du plan de graphite par rapport aux hexagones, on obtient différents types de nanotubes. (voir schémas ci-dessous)19-helicite

 

De plus les nanotubes de carbone possèdent plusieurs propriétés :

  • Propriétés mécaniques :Une résistance mécanique cent fois plus élevée que celle de l’acier tout en étant six fois plus léger. Le caractère presque parfait de l’enroulement du nanotube le rend libre de tout défaut de structure (défaut d’arrangement des atomes). C’est ce qui est à l’origine, pour un poids équivalent, d’une résistance mécanique bien supérieure à celle des fils d’acier ou des fibres de carbone par exemple.
  • Propriétés thermiques :Le nanotube est un bon conducteur thermique et surtout il a un grand pouvoir de dissipation de la chaleur.
  • Propriétés électriques :Les nanotubes ont une conductivité supérieure à celle du cuivre. Le nanotube de carbone a une grande mobilité. Les propriétés électriques des nanotubes dépendent de la nature du nanotube, en effet les nanotubes monofeuillets ont des meilleures propriétés que les multifeuillets.

Pour terminer avec les nanotubes de carbone voici un bel exemple d’une de ses applications dans les années à venir: depuis quelque temps, le domaine des écrans tactiles, en particulier ceux qui équipent les iphone, semble très prometteur pour des applications concrètes et quotidiennes. Actuellement, ces écrans sont fabriqués avec des films transparents recouverts d’oxyde d’indium dopé à l’étain ou ITO*. Mais ces films à l’ITO sont fragiles et s’usent très rapidement. La qualité de ces écrans tactiles se dégrade et se détériore donc avec le temps. Mais heureusement que les nanotubes de carbones sont là: en effet les choses sont différentes avec des films recouverts de nanotubes de carbones qui sont aussi transparent, mais dans certaines conditions, c’est à dire que l’on peut remplacer les ITO par des nanotubes de carbone qui se posent plus rapidement. Le film ainsi obtenu est beaucoup plus résistant, en effet il peut subir des déformations quelconques sans perdre ses propriétés et même des coups de marteaux n’abîment pas les écrans tactiles fabriqués à l’aide des nanotubes de carbone contrairement aux films ITO.

 

Donc maintenant on peut dire que les nanotubes de carbone sont des molécules fascinantes qui permettent le progrès dans le monde.

 

Enfin, en ce qui concerne les nano machines ou machines moléculaires, elles constituent aussi le nano mondes. De nos jours, nous pouvons manipuler les molécules une par une, En effet les machines moléculaires sont des machines de la taille d’une seule molécule donc de quelques nanomètres. Ce sont des objets provoquant des mouvements mécaniques. Mais pour cela un signal énergétique qui provient de l’environnement est nécessaire afin de provoquer la mobilité malgré cette nano échelle (par exemple: de la lumière, du courant , chauffer …).

Nous pouvons distinguer plusieurs mouvements que les machines moléculaires sont capables de produire:
Le mouvement qui consiste à transporter un groupement d’atomes d’un endroit à un autre (voir ci-dessous)
  

transport

 

 

 

 Le mouvement qui consiste à faire tourner une roue moléculaire dans un sens ou dans un autre. 

 

rotation

 Le mouvement qui consiste à faire osciller un élément mobile par rapport à une tourelle :

 

mouvem1

 

  Le domaine de machines moléculaires reste encore un domaine récent et en pleine expansion. Cela reste encore très compliquer de contrôler le mouvement au niveau d’une molécule.

Enfin les nano objets peuvent être utilisés afin d’élaborer de nouveaux matériaux que l’on nomme «nanomatériaux» ou «matériaux nanostructurés». Les nanomatériaux possèdent des propriétés multiples telles que les propriétés physiques, magnétiques, mécaniques, optiques, électriques, chimique… On peut les regrouper en trois grandes catégories:

  • Les matériaux nanochargés ou nanorenforcés: ces nanomateriaux sont élaborés par incorporation de nano objets dans une matière organique ou minérale afin d’amener une nouvelle fonction ou encore d’améliorer ses propriétés (mécanique, optique ou thermique). On peut citer comme exemple les nanocomposites: en effet les nanocomposites sont des materiaux nano structurer.
  • Les matériaux nanostructurés en surface: c’est à dire que ce sont des matériaux qui sont recouverts d’une ou plusieurs nanocouches de nanoparticules (naturelle ou artificielle) qui « habille » le matériau. Ce revêtement permet de donner à la surface des matériaux des différentes propriétés et de nouvelles fonctionnalités.
  •  Les materiaux nanostructurés en volume: ce sont des matériaux dans lesquelles on trouve la présence de stuctures nanometriques qui leur fournies des propriétés physiques particulières.

b) Fabrication et observation à l’echelle nanometrique.

Observer à l’échelle nanométrique:

Observer et manipuler des objets nanométriques est une clef du développement des nanosciences et des nanotechnologies. A cette si petite échelle ce n’est pas facile «dy voire claire»! Tant pour les biologistes qui se concentrent sur la matière vivante, tant pour les physiciens qui découvrent les propriétés macroscopiques de la matière sans oublier les chimistes qui analysent les interactions moléculaires. Tous ces travaux s’appuient sur des détails qui se situent bien au-delà de l’oeil humain. Donc pour manipuler et façonner le nano monde, les chercheurs ont développés plusieurs outils afin d’observer et de manipuler les nano objets. Pour analyser et étudier les détails microscopiques les chercheurs peuvent utiliser différentes microscopies à l’aide de différents microscopes:

Le microscope à lumière appelé aussi microscope optique qui fait partie de la microscopie électronique ne peut pas distinguer des objets de taille inférieure au micromètre. En effet c’est un instrument optique qui permet de grossir l’image d’un objet de petite dimension afin que l’être humain puisse le voir. Mais dans le cas du nano monde d’autres microscopes sont nécessaires, car la longueur d’onde de la lumière empêche de pousser l’observation au delà de 0.2 micrométres. De ce fait nous pouvons remarquer l’apparition de nouveaux microscopes il y a une vingtaine d’années, utilisant des techniques différentes. En effet ils ont été perfectionnés et permettent à présent de «voir» et manipuler à cette nano échelle. Voici quelques exemples de microscopes:

Les microscopes à sonde locale:

 

Ces microscopes sont des microscopes à balayage. Il s’agit d’une famille de microscopes dont l’élément de base est une pointe ultrafine qui se termine par quelques atomes. Comment sa marche? C’est très simple il suffit d’approcher cette pointe très près de la surface de l’objet étudié, si près que la pointe devient sensible à la surface, quelle interagit avec ses atomes ou molécules.

 

STM%20principe%202

 

 

 

 

Le microscope à effet tunnel:

Le microscope à effet tunnel est l’une des techniques scientifiques les plus fascinantes, car elle permet de sonder la matière à l’échelle atomique et de découvrir le « petit » monde des atomes. Dans le microscope à effet tunnel ou STM*, une pointe conductrice ultrafine est approchée si près de la surface que les électrons peuvent s’échanger les uns des autres. Dans le STM la pointe extra fine métallique se termine par un atome unique qui est approché à une surface métallique pour permettre le transfert des électrons. La distance entre la pointe (l’atome) et la surface et d’environ un nanometre, mais comment les électrons traversent l’espace vide qui sépare la pointe de la surface? En fait c’est très simple cet intervalle entre la pointe et la surface et tellement petit est fin que les électrons peuvent passer de la surface à la pointe et de la pointe à la surface. Ce microscope à effet tunnel permet donc de manipuler et d’observer des nano objets et des nano matériaux à l’échelle du nanomètre.

tunel-p6      
Procédés de fabrication:

A cette nano échelle il est très difficile de manipuler ces nano objets et nanomatériaux. De plus ces nano objets et ces nanomatériaux sont destinés à des usages industriels c’est pour cela qu’ils peuvent être synthétisés selon deux approches qui sont dites antagonistes. On différencie la méthode dite «descendante» (top down) de la methode dite «ascendante» (bottum up)

Approche dite «descendante», top down:

Cette approche consiste à miniaturiser l’objet. En effet il s’agit de fabriquer des nano objets ou nano matériaux par réduction de taille d’un matériau existant jusqu’à atteindre l’échelle nanometrique, tout en conservant leurs différentes propriétés, pour obtenir des objets nanoscopiques.

Approche dite «ascendante», bottum up:

Cette approche consiste à fabriquer des nano objets ou des nano materiaux atome par atome, molécule par molécule. A l’inverse de l’approche dite «descendante». En effet, l’assemblage et la position des atomes et des molécules se fait de manière précise afin de permettre l’élaboration de matériaux fonctionnels.(voici un schéma récapitulatif de ces deux approches opposées):

Schema04Nano

 

1 commentaire à “Le Nanomonde”


  1. 0 Anonyme 13 avr 2010 à 16:36

    un peu complexe et technique pour tout retenir mais c’est simple à lire et à comprendre si on cherche des infos, c’est le début du savoir…et un moteur à création pour certains. bravo.

Laisser un commentaire


Visiteurs

Il y a 1 visiteur en ligne

Sondages

D'apres vous les nanotechnologies sont elles l'avenir des technologies humaines ?

Voir les résultats

Chargement ... Chargement ...

.

        .


Welcome in univer of jonathan |
Bienvenue Chez High-Tech-Plus |
ipod & iphone applications |
Unblog.fr | Créer un blog | Annuaire | Signaler un abus | Les procédures dématérialisées
| Artech-informatique
| Iphone-forever