Méthodes de synthése pour les
nanomatériaux
Les nano-objets et les nanomatériaux manufacturés
et destinés à des usages industriels peuvent être
synthétisés selon deux approches différentes. On
différencie la méthode dite « ascendante »
(en anglais bottom-up) de la méthode dite
« descendante » (top-down).
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 L'approche « ascendante »
vient des laboratoires de recherche et des nanosciences. Elle
consiste à construire les nano-objets et les nanomatériaux atome
par atome, molécule par molécule ou agrégat par
agrégat. L'assemblage ou le positionnement des atomes, des
molécules ou des agrégats s'effectue de façon
précise, contrôlée et exponentielle, permettant ainsi
l'élaboration de matériaux fonctionnels dont la structure est
complètement maîtrisée.
 L'approche « descendante »
est issue de la microélectronique. Elle consiste à réduire
et plus précisément à miniaturiser les systèmes
actuels en optimisant les technologies industrielles existantes. Les
dispositifs ou les structures sont ainsi graduellement sous-dimensionnés
ou fractionnés jusqu'à atteindre des dimensions
nanométriques.
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Les deux approches tendent à converger en terme de
gamme de tailles des objets. L'approche « bottom-up »
semble néanmoins plus riche en termes de type de matière, de
diversité d'architecture et de contrôle de l'état
nanométrique alors que l'approche « top-down »
permet d'obtenir des quantités de matière plus importantes mais
le contrôle de l'état nanométrique s'avère plus
délicat.
1-Méthodes physiques
a)Evaporation / condensation
Cette méthode consiste à évaporer un
métal par chauffage puis à condenser la vapeur métallique
afin d'obtenir des nanopoudres formées de particules
nanométriques dispersées. Le type de chauffage dépend de
la tension de vapeur du métal, c'est-à-dire de sa capacité
à s'évaporer, fonction de la force de la liaison chimique mais
également de l'état de surface (oxydation). Le Fe, Ni, Co, Cu,
Pd, Pt, produisent suffisamment de vapeur par chauffage radiatif (1 200°C)
et inductif (2 000°C). 50 à 100 g/h de matière sont produits
en laboratoire.
Les métaux avides d'oxygène (Al, Cr, Ti, Zr) et
réfractaires (très faible tension de vapeur,Mo, Hf, Ta, W)
nécessitent des modes de chauffage plus puissants : chauffage par
bombardement électronique (3 000°C), chauffage par plasma inductif
ou/et couplé avec l'arc électrique (3 000°C à 14
000°C). Si les particules métalliques sont placées dans une
atmosphère réactive, généralement l'oxygène,
après formation, les nanoparticules obtenues sont alors l'oxyde du
métal initial après réaction d'oxydation. La
difficulté de cette technique est le contrôle de la taille
nanométrique. Les nanopoudres seront obtenues par refroidissement
très rapide de la vapeur métallique, assurant la formation d'une
grande population de particules, puis limitant leur croissance et leur
coagulation coalescente.
Ce mode de préparation est employé au niveau de
la production industrielle de nanopoudres métalliques et
céramiques (citées plus haut) après réaction. La
production est de plusieurs dizaines de tonnes par an. Les nanopoudres
formées sont des systèmes pulvérulents dont le pouvoir
polluant est très élevé (formation d'aérosols) si
les chaînes de production et de manutention sont ouvertes à
l'atmosphère. Ces nanopoudres sont également fortement
pyrophoriques à l'air (explosion et incendie).
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