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Observer en direct la croissance de nanoplaquettes en milieu liquide

22 mai 2015

LMPQ - UMR 7162 , IPCMS - UMR 7504

Des physicien·ne·s ont observé par microscopie électronique la croissance de nanoplaquettes d’or dans un réacteur chimique.

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La taille, la forme, et la structure cristalline des nanoparticules métalliques influent directement sur leurs propriétés physiques, telles que leurs propriétés optiques ou la structure de leurs niveaux électroniques. Lors de la croissance de ces particules, ces caractéristiques sont déterminées à la fois par des effets thermodynamiques, qui déterminent les configurations atomiques les plus favorables et des effets cinétiques, qui favorisent telle ou telle configuration en fonction de la vitesse de formation. Les difficultés de mesure à l’échelle nanométrique en milieu liquide en milieu liquide font qu’aujourd’hui l’optimisation de la fabrication de ces nanoparticules est encore largement empiriques. Des physiciens du laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques - MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot), du laboratoire Interfaces traitement et organisation des systèmes - ITODYS (CNRS/Univ. Paris Diderot), du laboratoire Matière et systèmes complexes - MSC (CNRS/Univ. Paris Diderot) et de l’Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg - IPCMS (CNRS/Univ Strasbourg) viennent pour la première fois d’observer en direct la croissance de nanoplaquettes d’or grâce à une technique de microscopie électronique en transmission en phase liquide. Dans ce travail, les chercheurs ont confiné entre deux membranes un film de liquide suffisamment mince pour être transparent aux électrons. Ils ont ainsi élucidé les mécanismes de formation de nanoplaquettes d’or activée par réduction d’acide chloraurique dans l’eau et notamment montré que la croissance de nanoplaquettes nécessite de faibles vitesses de croissance, inférieure à 3 couches atomiques par seconde. Ce travail est publié dans la revue NanoLetters.

Le microréacteur chimique utilisé dans ce travail est une cellule plane dont les deux faces sont deux membranes de nitrure de silicium distantes de 150 nm. Placée dans un microscope électronique à transmission cette cellule présente une zone observable de 50 μm par 50 μm. En interagissant avec la solution, le faisceau d’électrons utilisé pour observer la croissance de ces particules radiolyse les molécules d’eau pour former des radicaux libres, notamment des électrons hydratés et des radicaux hydrogène qui sont des agents réducteurs conduisant à la neutralisation des ions d’or et à leur dépôt sur les particules. En ajustant l’intensité de ce faisceau d’électrons, les chercheurs ont ainsi modulé la vitesse de croissance des nanomatériaux et analysé l’impact de cette vitesse de croissance sur la forme des particules produites. Ils ont en outre observé qu’une croissance planaire est également conditionnée aux défauts cristallins qui se forment lors des premiers stades de la synthèse. Ces résultats expliquent de manière quantitative la pertinence des stratégies employées en chimie des colloïdes pour fabriquer des nanoplaquettes métalliques. La microscopie électronique en milieu liquide ouvre de multiples perspectives pour mieux comprendre des processus dynamiques aux interfaces entre les liquides et les solides, qui jouent des rôles centraux en sciences des matériaux, de la terre et du vivant.

Schéma et résultats illustrant la nucléation et la croissance de nanoplaquettes d’or suivie par microscope électronique en transmission (MET) en milieu liquide. Ces résultats peuvent également être illustrés par une vidéo de la formation des nanoparticules.
[copyright : Nanoletters, Alloyeau et al. 2015]

En savoir plus

Unravelling Kinetic and Thermodynamic Effects on the Growth of Gold Nanoplates by Liquid Transmission Electron Microscopy
D. Alloyeau1, W. Dachraoui1, Y. Javed1, H. Belkahla2, G. Wang1, He. Lecoq2, S. Ammar2, O. Ersen4, A. Wisnet5, F. Gazeau3 et C. Ricolleau1, NanoLetters (2015)

Contact chercheur

Damien Alloyeau, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques (MPQ)
2 Laboratoire Interfaces traitement et organisation des systèmes (ITODYS)
3 Laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC)
4 Institut de physique et de chimie des matériaux de Strasbourg (IPCMS)
5 Department of Chemistry and CeNS, Ludwig-Maximilians-University, Munich, Germany

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr