Charger sélectivement des particules colloïdales en les chauffant avec un laser

3 mai 2012


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De nombreuses méthodes sont maintenant utilisées pour mettre en mouvement des particules colloïdales en suspension. Des physiciens du Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine (LOMA – CNRS / Univ. Bordeaux 1) viennent de proposer une approche sélective qui pourrait permettre de différencier des particules migrant habituellement de façon semblable. Cette approche repose sur la possibilité de faire acquérir une charge électrique aux seules particules absorbant un faisceau laser de fréquence bien choisie. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters.

Les divers ions présents dans une solution ionique ont des mobilités différentes. De surcroit, cette mobilité dépend de la température. En présence d’un gradient de température, cela se traduit par un gradient de densité des ions, et donc par l’apparition d’un champ électrique proportionnel au gradient de température, c’est l’effet Seebeck. Si l’on chauffe une particule en solution, le gradient de température entre cette particule et la solution produit cette même migration de charges. La particule se charge électriquement et alors qu’habituellement la mobilité des ions vient contrebalancer tout champ électrique, il subsiste ici un champ à longue portée. Cet effet est particulièrement important dans un électrolyte d’ions contenant de l’hydrogène, par exemple NaOH, ou des sels organiques. Selon ce travail théorique, une particule micrométrique non-ionique, chauffée et dont la température augmente de 30 kelvin, porte plusieurs centaines de charges élémentaires. Cette « thermocharge » pourrait avoir des applications en microfluidique, par exemple en thermo-électrophorèse, pour le transport sélectif colloïdal ou pour le tri de nanotubes de carbone.


Formation de motifs et transport sélectif.: a) Le champ thermoélectrique d’une particule chaude induit un mouvement électrophorétique d’un soluté moléculaire ionique. En fonction du signe du coefficient Seebeck et de la charge du soluté moléculaire, on s’attend à une accumulation ou déplétion de ce dernier. b) Un champ électrique extérieur E_ext transmet aux particules une vitesse qui dépend de leur thermocharge et donc de leur rayon. c) Des nanotubes de carbone métalliques ou semiconducteurs n’ont pas le même spectre d’absorption optique ; plongés dans un faisceau laser puissant, ils diffèrent dans leur leur thermocharge et donc dans leur vitesse dans un champ électrique E_ext.

En savoir plus

Charging of heated colloidal particles using the electrolyte Seebeck effect, Arghya Majee et Alois Würger, Phys. Rev. Lett. 108, 118301 (2012).