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déc.
28

Nanopatterning à l’aide de dendrimères

Author Rémi Longtin    Category Nanopatterning     Tags , ,

Des dendrimères pour la nanostructuration

Cette section constitue une courte introduction à la recherche que j’effectue sur les dendrimères, dans le laboratoire des colloïdes et de la chimie des surfaces, à l’Université de Genève depuis 2007.

Dendrimère PANAM G10 sur siliceL’adsorption de macromolécules à l’interface solide-liquide est un phénomène très fréquent mais compliqué. Il suffit de considérer ce qui se produit lorsqu’une goutte de sang tombe sur une surface. Le sang est un colloïde complexe. Effectivement, ce liquide corporel contient des macromolécules (protéines, biopolymères), des ions (Fe, K, Cl, Na etc.) et des cellules vivantes. Ces éléments interagissent entre eux et avec la surface. Il peut être préférable dans certaines situations d’empêcher ou bien de promouvoir l’adsorption du sang (ou d’un de ses éléments) sur une surface. Par exemple, l’intégration d’une prothèse artificielle au corps humain est facilitée par l’adhésion et la prolifération cellulaire en sa surface, tandis qu’il est généralement préférable de limiter l’adsorption du sang sur les instruments chirurgicaux afin de faciliter leur stérilisation. Cet exemple illustre parfaitement comment l’adsorption de macromolécules aux interfaces est un phénomène omniprésent, parfois négligé, mais qui demeure important d’un point de vue scientifique.

Ce même phénomène, une fois maîtrisé, est applicable à la nanostructuration. Il est possible d’utiliser des macromolécules pour créer des motifs, à l’échelle nanométrique, sur des surfaces minérales à partir de simples solutions aqueuses. Typiquement, une interface solide va acquérir une charge lorsqu’elle est immergée dans un solvant, de l’eau par exemple. La charge provient de la dissociation des groupes chimiques en sa surface. De même, certaines macromolécules hydrosolubles peuvent développer une charge. Cette charge est modifiée par le pH de la solution lorsque l’échange de protons est impliqué. Lorsque les molécules et la surface possèdent une charge suffisante et de signes opposés, une adsorption par voie électrostatique aura lieu. Il suffit donc d’exposer la surface cible à une solution contenant des macromolécules solubilisées pour la recouvrir d’une monocouche. Cette couche confère à la surface une certaine fonctionnalité et ceci selon l’application désirée.

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mai
16

Nanostructures de ZnO

Introduction

Nanostructures de ZnOLes nanotechnologies et la nanoscience constituent certainement le domaine de recherche ayant connu le plus grand essor au cours des dix dernières années. Des méthodes de fabrication sont maintenant capables de réaliser la synthèse déterministe de nanostructures aux propriétés radicalement différentes de leurs formes macroscopiques, ouvrant la porte à des dispositifs jusqu’alors impossibles. Malgré tout, peu de techniques de nanofabrication possèdent les caractéristiques qui permettront de fabriquer ces nouveaux produits de façon efficace, car elles sont soit trop lentes, soit trop coûteuses et complexes.

Cette page est un résumé de mon projet de thèse de doctorat, réalisé à l’École Polytechnique de Montréal au Laboratoire Mécanique Multi-Échelles (LM2, Département de Génie Mécanique). L’objectif principal de ce projet était de développer une nouvelle technique de fabrication permettant de synthétiser localement des nanostructures sur une surface pour leur éventuelle intégration à un nanodispositif. En vue de son utilisation pour des applications commerciales, le procédé devait aussi être sélectif, reproductible, polyvalent, simple, rapide et peu coûteux. De plus, le procédé de fabrication devait avoir un impact environnemental minimal pour le développement durable.

Pour répondre à ce cahier des charges, un procédé laser combinant des caractéristiques de le dépôt chimique en phase liquide induite par laser (DCPLL) et des procédés sol-gel est proposé. Le procédé est très simple et consiste en trois étapes. Tout d’abord, une solution de composé précurseur est préparée. Puis, une goutte de solution d’un volume prédéterminé est déposée sur un substrat à l’aide d’une micropipette. La goutte est ensuite irradiée par un laser émettant dans l’infrarouge afin d’accomplir la synthèse rapide de nanostructures.

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nov.
20

Fabrication laser

Introduction

Le prototypage rapide (PR) est un concept, ou même un nouveau paradigme dans le monde de la fabrication, selon lequel le design d’une composante sous la forme d’un fichier informatique, généralement un modèle CAO, est utilisé pour générer directement un objet physique, habituellement en plastique, en cire ou en métal. L’avantage principal des procédés de prototypage rapide est une réduction significative du nombre d’itérations lors du design d’un dispositif et du temps entre la recherche et le développement d’un produit jusqu’à sa commercialisation. Les procédés de prototypage rapide sont très variés ainsi que les types de matériaux utilisés. Certaines machines de prototypage rapide sont même utilisées commercialement comme la stéréolithographie (SL), le «fused deposition modeling» (FDM) et le frittage de poudres («powder sintering» ou PS).

La fabrication en formes libres (FFL) est un type de méthode de prototypage rapide qui permet la fabrication d’une composante, généralement couches par couches, de façon à obtenir la forme finale voulue. La différence entre le prototypage rapide et la fabrication en formes libres est donc que la pièce générée est prête à être insérée dans un dispositif ou à être utilisée telle quelle est. Par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles (moulage, usinage mécanique), on note une plus grande liberté au niveau du design des produits car l’objet final est constitué d’une seule pièce au lieu d’un assemblage de pièces. Par exemple, il est possible de générer une boule libre dans une boîte fermée ou de former des engrenages mobiles et maillés.

Le dépôt chimique tridimensionnel en phase vapeur assistée par laser (3D-LCVD) est une technique de fabrication en formes libres permettant le dépôt de microstructures avec un taux de croissance élevé et toute la flexibilité (au niveau des matériaux déposés) du dépôt chimique en phase vapeur conventionnelle (CVD).

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mars
31

Production de nanotubes

Author Frédéric Larouche    Category Nanotubes     Tags

Que sont les nanotubes de carbone?

Figure 1 : Structure géométrique des nanotubes

Figure 1 : Structure géométrique des nanotubes

La découverte des nanotubes de carbone en 1991, par le japonais Sumio Iijima, lors de l’étude de la synthèse des fullerènes (C60) a permis de mettre à jour une nouvelle forme cristalline du carbone (allotrope). Ces structures cylindriques de carbone qui consistent en un enroulement de plans graphitiques, avec un rayon de courbure nanométrique (10-9 mètre = 1 nanomètre), se divisent en deux catégories : les nanotubes mono-parois (C-SWNT) et les nanotubes multi-parois (C-MWNT).

Figure 2 : SWCNT et MWCNT schématiques

Figure 2 : SWCNT et MWCNT schématiques

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juil.
16

Stockage de l’hydrogène

Introduction

Le parc automobile contribue fortement à la détérioration de la qualité de l’air dans les grandes villes. L’utilisation de l’hydrogène comme carburant est intéressante car sa combustion ne libère, en principe, aucun polluant. De plus, le contenu énergétique de l’hydrogène est élevé. Toutefois, quelques obstacles demeurent, dont le stockage de ce gaz faiblement compressible.

Figure 1 : Voiture fonctionnant à l'hydrogène développée par BMW

Figure 1 : Voiture fonctionnant à l'hydrogène

Solutions de stockage pour l’hydrogène

Le Département de l’énergie des États-Unis (DOE) a fixé deux critères d’évaluation pour les technologies de stockage de l’hydrogène appliquées au domaine du transport automobile. Le premier critère limite la masse du réservoir en exigeant que le rapport entre la masse d’hydrogène stocké et la masse totale du réservoir soit supérieur à 0,065 (6,5% massique). Le second critère impose une taille maximale pour le réservoir : la densité volumétrique du système doit être supérieure à 62 kg/m.

Les principales voies explorées pour résoudre le problème du stockage sont au nombre de quatre :

  • Compression ou liquéfaction de l’hydrogène
  • Hydrures métalliques
  • Réservoirs chimiques
  • Matériaux adsorbants

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févr.
15

Stockage de l’hydrogène – littérature

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Ouvrages de référence

R. Saito, G. Dresselhaus and M. S. Dresselhaus, Physical Properties of carbon nanotubes, Imperial College Press, Londres, 1998

G. Gao, T. Cagin and W. A. Goddard III, Energetics, Structure, Mechanical and Vibrational Properties of Single Walled Carbon Nanotubes (SWNT), Foresight Institute, 1997 (pdf©)

D. Frenkel and B. Smit, Understanding molecular simulation: from algorithms to applications, Academic Press, San Diego, 1996

C. Ngô and H. Ngô, Physique statistique, Masson, Paris, 1995

R. A. Oriani, The physical and metallurgical aspects of hydrogen in metals, Fourth International Conference on Cold Fusion, 1993 (pdf)

Procédés de fabrication des nanotubes

S. Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon, Nature 354 (1991), 56-58 (pdf©)

S. Iijima and T. Ichihashi, Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter, Nature 363 (1993), 603-605 (pdf©)

A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, G. E. Scuseria, D. Tománek, J. E. Fischer and R. E. Smalley, Crystalline Ropes of Metallic Carbon Nanotubes, Science 273 (1996), 483-487 (pdf©)
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