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Piloter l’organisation de nanoparticules d’or avec un cristal liquide

22 septembre 2011

CEMES - UPR 8011

Des physiciens du Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (CEMES/CNRS ) viennent de mettre au point un procédé permettant de déposer sur des surfaces de plusieurs millimètres carrés des réseaux périodiques de nanoparticules d’or structurés à l’échelle du nanomètre en forme de lignes à périodicité variable, de spirales doubles ou de cercles concentriques.
Contrairement aux méthodes déjà existantes, cette nouvelle technique a le grand avantage de s’appliquer à des supports très divers : plaque de verre, feuille souple de plastique, surface d’eau,… de ne pas dépendre du relief de la surface sur laquelle le dépôt est réalisé et ne pas nécessiter pour sa réalisation d’environnement expérimental ultracontrôlé (salle blanche). Ce travail, qui ouvre la voie à de nombreuses applications dans le domaine des nanotechnologies utilisant la matière molle ou des matériaux pour l’optique, fait l’objet d’une publication dans la revue Soft Matter.

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L’arrangement de nanoparticules en des structures organisées planes ou en volume modifie leurs propriétés physiques et tout particulièrement leur interaction avec la lumière. Réaliser des structures de grande taille est un défi pour les expérimentateurs. Ils ont pour cela souvent recours à des méthodes reposant sur l’auto-organisation des particules, qu’il s’agisse d’auto-assemblage spontané ou guidé par un substrat. Une équipe de physiciens du Cemes vient de montrer qu’il était possible de transférer à des nanoparticules d’or les propriétés d’auto-organisation d’un cristal liquide dans lequel elles sont en suspension. Dans le cas présent, il s’agit d’un cristal liquide cholestérique qui s’organise en hélice, dont le pas est sensible à la température et à la pression.

L’élaboration du nanomatériau se fait en deux étapes. Dans une première étape, le composite cristal liquide – nanoparticules en solution est dans un état fluide et visqueux. Il entraîne les nanoparticules dans son organisation en des structures dont les caractéristiques dépendent de l’épaisseur du film composite et du temps laissé au mélange pour s’organiser. Dans un second temps, un refroidissement rapide pour amener le matériau à température ambiante fige définitivement sa structure dans un état vitreux solide. Ce nouveau protocole d’élaboration permet de façonner sur demande des réseaux périodiques de nanoparticules d’or sur de grandes surfaces qui peuvent être très diverses car l’organisation, étant réalisée à l’interface air–matériau, ne dépend pas du relief de la surface sur laquelle le film est déposé — comme c’est souvent le cas avec les substrats nanotexturés —, ni même de conditions particulières quant à la nature du substrat comme les méthodes de lithographie classiques l’exigent. Les applications potentielles sont dans le domaine des nanotechnologies douces utilisant la matière molle (soft nanotechnology) et des matériaux pour l’optique, de par les propriétés de résonance plasmon des nanoparticules d’or et de réflexion de la lumière d’un cholestérique. L’équipe a d’ailleurs montré dans le même article comment cette dernière propriété était révisée lorsque le cholestérique était ainsi dopé en nanoparticules.

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Le réseau de nanoparticules d’or — en lignes périodiques qui ondulent ou en spirales (images de microscopie électronique à balayage colorisées) — dépend de la texture du cristal liquide cholestérique — en empreintes digitales ou polygonale (images de microscopie optique en mode transmission). Cette texture dépend elle-même de l’épaisseur du film composite nanoparticules–cholestérique.

En savoir plus

Cholesteric liquid crystal self-organization of gold nanoparticles., R. Bitar, G. Agez et M. Mitov, Soft Matter, DOI : 10.1039/c1sm05628j, vol. 7, 8198-8206 (2011).

Contact chercheur

Michel Mitov, chercheur

Informations complémentaires

Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011 :

  • CNRS

Visionnez également le clip "Noces d’or pour les cristaux liquides" réalisé par CNRS Images, novembre 2011, durée 5mn.

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr