Le nano monde

Le nano monde provoque depuis quelques années un véritable engouement chez les chercheurs, dans les entreprises, et même, de plus en plus, dans le grand public. Les effets des structures à l'échelle nanométrique (1 nanomètre = 1 nm = 10-9 m) dans les matériaux sont connus depuis longtemps. Ainsi, par exemple, les propriétés mécaniques des fibres de nylon (diamètre 5 μm) sont déterminées essentiellement par des structures supramoléculaires comme les cristallites (5 nm) et les fibrilles (50 nm) de dimensions "nano". On sait qu'à cette échelle, les matériaux présentent de nouvelles propriétés et de nouvelles fonctions qui débouchent d'ores et déjà sur des applications innovantes. Cette capacité de synthétiser des éléments de base à une nano échelle, avec un contrôle précis des dimensions, puis de les assembler en structures plus grandes va révolutionner des pans entiers de l'industrie.

Les nanomatériaux

Le succès des nanomatériaux tient à ce que les caractéristiques de la matière changent fortement quand on passe de l'état massif à l'état nanométrique et à ce que les propriétés inédites ainsi apparues ouvrent la voie à des innovations importantes, voire à des ruptures technologiques. La structuration à une échelle nanométrique permet d'améliorer les performances grâce à plusieurs effets : une réduction de la dimension des particules, un accroissement des surfaces spécifiques et des interfaces, une amplification des interactions entre matériaux, un effet de confinement. Ces effets se combinent souvent dans les applications.

Effet de taille

Comme défini plus haut, un nano-objet présente, pour une de ses dimensions au moins, une taille inférieure à 100 nm. C'est ainsi qu'il est possible de modifier la résistance à l'abrasion d'un plastique transparent sans modifier ses propriétés optiques par l'addition de nanoparticules que ne perçoit pas l'œil. Autre application importante : des nanoparticules assemblées sur une surface peuvent former une structure fonctionnelle qui la rend hydrophobe, empêche les salissures de se déposer et crée la texturation nécessaire à l'effet Lotus qui la rendra autonettoyante.

Effets de surface et d'interfaces

Les nanomatériaux se caractérisent par une augmentation des surfaces spécifiques et/ou une multiplication des interfaces. La proportion des atomes de surface peut atteindre 50% pour une particule de 3 nm. Il en résulte une réactivité extrêmement élevée, une énergie de surface considérable et des possibilités de contact et d'interaction directe entre composants importantes. Ainsi, les métaux nanocristallins ont des propriétés de dureté élevées grâce à la grande densité de défauts et dislocations. Autre exemple : le ratio surface-volume particulièrement élevé des nanoparticules permet de créer des catalyseurs qui peuvent absorber davantage de matière, avec des cinétiques de réactions plus grandes, d'où leur intérêt, par exemple, dans les pots catalytiques des voitures.

Modification des propriétés électroniques

En deçà de 50 nm, les règles de la physique quantique prévalent sur les lois de la mécanique. La faible taille des nano-objets élémentaires conduit à des propriétés électroniques, magnétiques et optiques différentes de celles des matériaux massifs de même nature. La structure électronique du matériau se trouve modifiée : effet tunnel, effet de confinement, propriétés quantiques... Ainsi, l'or jaune est rouge sous forme de nanoparticules. Ainsi, les diodes émettrices de lumière (LED) basées sur l'utilisation

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