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Posté par Adrien le Vendredi 10/10/2014 à 00:00
Observer les nanoparticules sans interferer avec un substrat
Une équipe de recherche a mis au point une méthode qui permet d’observer des nanoparticules sans qu’elles interfèrent avec un substrat. Il est ainsi possible de caractériser spécifiquement la surface des nanoparticules. Les perspectives sont nombreuses, en particulier pour les nanoparticules fonctionnalisées aux applications très prometteuses dans les domaines du biomédical ou de l’énergie. L’étude est publiée dans le Journal of Physical Chemistry Letters.


Illustration: Soleil Synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules...)

La spectrométrie conventionnelle de photoélectrons utilisant des rayons X (XPS) est la technique la plus utilisée pour étudier la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) d’un matériau. Elle donne en effet des informations sur la composition chimique sur une fine épaisseur, de quelques dizaines de couches d’atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il...). Pour étudier la surface de nanoparticules, il était jusqu’à présent nécessaire de les déposer sur un « support », un substrat. Mais les interactions entre les nanoparticules et le substrat, couplées à des effets de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne...) de l’échantillon, rendent l’interprétation des données XPS difficile.

Pour s’affranchir de ces perturbations, des équipes du CEA Iramis (1), du Synchrotron SOLEIL, de l’Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) Lavoisier de Versailles (UVSQ / CNRS) et de l’Institut de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) de Rennes (CNRS/Université Rennes 1) ont conçu et développé un nouveau dispositif expérimental. Les chercheurs ont créé un « aérosol » de nanoparticules, qu’ils ont analysé grâce au faisceau de rayons X de basse énergie de la ligne de lumière PLEIADES (Synchrotron SOLEIL). L’interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre les nanoparticules et le faisceau, bien définie spatialement et temporellement, a été réalisée sous un vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) poussé.

Les particules utilisées pour démontrer la faisabilité de la méthode sont des nano cristaux de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) de 14 nm de diamètre (1 nm = 1 milliardième de mètre). Elles ont été synthétisées par pyrolyse laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) au CEA Iramis et préalablement oxydées à l’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) ambiant avant la mesure sur synchrotron.

L'expertise du centre de spectroscopie de l'Institut Lavoisier sur la physico-chimie et les réponses spectroscopiques des surfaces de silicium a permis de préciser les spécificités de la réponse XPS des nanoparticules étudiées. L'analyse des données obtenues sur PLEIADES a démontré l'existence d'une transition continue de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque...) Silicium pur/Silicium oxydé sur une épaisseur inférieure à 1 nm.

Les études scientifiques menées précédemment sur des objets similaires ont été réalisées avec des échantillons déposés sur un substrat. Mais l’interaction avec le substrat ne permettait pas de conclure sur l’origine des phénomènes observés. La nouvelle méthode proposée permet de discriminer les effets uniquement dus à la nanostructuration de la matière, en s’affranchissant des effets parasites liés au substrat.

Cette nouvelle méthode est de plus extrêmement sensible à toute modification intervenant à la surface de nanoparticules en interaction avec différents environnements chimiques. Elle pourra s’appliquer à la caractérisation d’une large gamme de nano-objets, et en particulier aux nanoparticules fonctionnalisées où des molécules actives, plus ou moins complexes, sont « ancrées » à la surface des nanoparticules. Grâce à la structuration spécifique de la matière à l’échelle nanométrique, ces nanoparticules fonctionnalisées présentent des propriétés optiques ou physiques particulières, susceptibles de trouver de nombreuses applications comme en imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se...) par photoluminescence ou dans le traitement par thérapie ciblée des tumeurs.

Note:

(1) L’Institut Rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) Matière de Saclay (CEA Iramis) est un des instituts de la Direction des sciences de la matière du CEA. Ses 650 chercheurs, ingénieurs-chercheurs et techniciens conduisent des recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...), souvent en association avec d'autres partenaires (CNRS, École Polytechnique et ENSICAEN...) dans différents domaines: la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des...) pour les technologies de l'information et de la santé, les interactions rayonnement-matière et les énergies bas carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). Les chercheurs du CEA Iramis développent et maîtrisent de nombreuses techniques expérimentales aux échelles du nanomètre ou de l’attoseconde, ils sont aussi très présents sur les Grands Instruments Européens.

Pour plus d'information voir: http://www.synchrotron-soleil.fr/Soleil/ToutesActualites/2014/PLEIADES-Nanoparticules


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Source: Soleil Synchrotron