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Swiss Nano-Cube

Lerchenfeldstrasse 5, 9014 Saint-Gall

Tél. +41 (0) 71 274 72 66, [email protected]

www.swissnanocube.ch

Plate-forme éducative sur les micro- et nanotechnologies, pour les écoles professionnelles, les écoles d'enseignement secondaire et les établissements supérieurs spécialisés

Module de notions fondamentales

Version complète

© 2011 - Swiss Nano-Cube 2

1. «nano» c'est petit, mais à quel point?

© 2011 - Swiss Nano-Cube

La définition de nano

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Nano est un terme dérivé du grec (nanos = nain)

1 nanomètre = 1/1‘000‘000e de mm ≈ 3 atomes d'or

100 m = 1,0 = 1 m (1 mètre)

10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimètre)

10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micron)

10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanomètre)


La dimension nanométrique - Son ordre de grandeur

4

Source: Fonds de l'Industrie Chimique FIC - Série de diapos



5

Source: http://www.powersof10.com/

Court-métrage classique de Charles et Ray Eames tourné en 1977



6

Site Web «Scale of the Universe»

Source: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/


Source: Université de Mayence Source: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp

Rapport Terre/ballon de foot = Rapport ballon de foot/fullerène

Source: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.

La dimension nanométrique - Rapports dimensionnels


2. Définitions


En quoi consistent les nanotechnologies?

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Les nanotechnologies...

... incluent la recherche et le développement technique dans le domaine

compris entre 1 et 100 nanomètres (nm)

... génèrent des structures et se servent de structures qui en raison de leur

taille présentent des propriétés entièrement nouvelles

... reposent sur la faculté de contrôler et de manipuler à l'échelle de

l'atome

... synthétisent ces domaines classiques que sont la chimie, la physique et

la biologie

Source: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html


Synthétiser des disciplines

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PhysiquePhysique ChimieChimie

BiologieBiologie

Nano-technologies

Nano-technologies

Chimie physique

Sciences de la matière

Microélectronique/Mécatronique

Biochimie

Pharmacie

Diagnostic

Biophysique

Techniques médicales

Physique médicale


Qu’est-ce qu’un nanomatériau ?

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Matériaux nanostructurés(Structure interne ou structure superficielle à l'échelle nanométrique)

Nano-objets

CEN ISO/TS 27687


Exemples

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Nanoparticule(oxyde de zinc)

Nanotube de carbone à plusieurs parois

Cristal photonique

Aérogel(corps solides d'une haute porosité)

Couche Surface limite Puce (AMD K8)Taille de la structure ≤ 130 nm


3. Fabrication


D'où viennent les nanoparticules?

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Nanoparticules d'origine naturelle

Éruptions volcaniques

Feux de forêts

Tempêtes de sable

Nanoparticules engendrées par l'homme

Tabagie

Circulation (véhicules diesel)

Industrie

Fabrication industrielle de nanostructures

Top-down (de haut en bas)

Bottom-up (de bas en haut)


Génération de nanostructures

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de l'arbre

à la planche

Top-down: «de haut en bas»

Génération de structures à l'échelle nanométrique par rapetissement ou par usinage ultraprécis.

Procédés

Broyage de poudre avec des moulins à billes

Procédés de gravure (photolithographie)

Structuration avec des faisceaux d'électrons ou d'ions


Génération de nanostructures

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de la plantule

vers l'arbre

Bottom-up «de bas en haut»

Formation, souvent auto-organisée (auto-assemblage), de structures complexes composées d'atomes ou de molécules individuel(le)s

Procédé:

Procédé sol-gel

Synthèse en phase gazeuse

Séparation chimique en phase gazeuse (chemical vapor deposition, CVD)

Séparation physique en phase gazeuse (physical vaport deposition, PVD)


4. Pourquoi «nano»?


Propriétés nouvelles

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Les nanomatériaux présentent de «nouvelles» propriétés.

L'aluminium par exemple:

La feuille d'aluminium est chimiquement très stable, donc très peu réactive.

Inversement, les nanoparticules d'aluminium brûlent de manière explosive et s'utilisent comme carburant de fusée.

Source: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html


Propriétés nouvelles

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Verre doré de teinte rouge rubis au Moyen-Âge

Pour fabriquer autrefois le verre doré de teinte rouge rubis, on rajoutait au mélange de verre initial de la poudre d'or finement dispersée.


Nano-effets

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Nouvelles propriétés en tant qu'effets des nanotechnologies

Propriétés liées aux dimensions (par exemple celles des nanocarriers

utilisés en médecine).

Superhydrophobie (par exemple l'effet lotus)

Haute surface spécifique: Réactivité accrue (par exemple le fer

pyrophore)

Robustesse mécanique améliorée (par exemple les CNT)

Propriétés électriques & thermiques modifiées (idem)

Propriétés optiques modifiées (par exemple le nano-or, les cristaux

liquides)

Superparamagnétisme (par exemple les ferrofluides)


5. L'univers «nano» au quotidien


Les nanotechnologies dans les produits grand public

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TiO2 comme protection anti-UV: Nanoparticules dans les crèmes solaires et les cosmétiques

SiO2 comme additif pour laques et peintures inrayables

Nano-argent (effet antimicrobien & inhibition des odeurs)

Nanotubes de carbone (CNT) intégrés dans un matériau cadre pour accroître la robustesse



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Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

1 317 produits(Mars 2011)



24

Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/

565 produits(Mars 2011)


Quiz du loft nanorama

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www.swissnanocube.ch/nanorama


6. Domaines d'application


Applications importantes

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Produits de consommation

Industrie du BTP

AutomobileÉnergie

Informatique, industrie électr.

Optique EnvironnementChimie Médecine

Domaines Domaines d'applicationd'application


7. L'univers nano dans la Nature


Plus jamais sale

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«L'autonettoyage» des feuilles de lotus repose sur la micro- et la nanostructuration de leur surface.

Les gouttes d'eau perlent dessus et emportent des particules sales en quittant la feuille.

Microstructures incluant des nanocristaux de cire à la surface de la feuille (microscope électronique à balayage)

ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.


Plus jamais sale

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Source: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw

ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.

Vidéo illustrant l'effet lotus Utilisation de cet effet par exemple dans les peintures pour façade

(Lotusan)


Adhésion sans colle

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ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.

Source: www.uni-saarland.de; photo : S. Gorb, Institut MPI de recherche sur les métaux, Stuttgart

Les structures adhésives se composent de poils fins (env. 200 nm de diamètre)

Les poils fins garantissent que le bout du doigt épouse de façon optimale les irrégularités de toute surface support

Ce sont les forces dites de Van der Waals qui assurent l'adhérence; elles reposent sur des décalages de charge dans les atomes.


Adhésion sans colle

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Source: www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Didaktik/Bionik.html

Les geckos parviennent à adhérer contre pratiquement toutes les surfaces.

Et pour supprimer à nouveau le contact, ils «déroulent» leurs doigts.

ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.

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