Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

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Assemblage dirigé de nanoparticules colloïdales sur des surfaces

L’équipe Nanotech développe plusieurs approches complémentaires d’assemblage dirigé de nanoparticules colloïdales sur des surfaces rigides ou flexibles.

* Dépôt convectif/capillaire Le dépôt convectif/capillaire exploite les forces hydrodynamiques et capillaires, qui apparaissent au niveau de la ligne triple liquide-solide-gaz lors du déplacement du front d’évaporation d’une goutte de solution colloïdale de particules, pour assembler ces dernières et les organiser sur une surface sans avoir recours à une structuration de celle-ci. La figure 1 présente deux exemples de réalisation.

Figure 1 : (a) CSA principle (b) assembly examples of various types of gold nanoparticles forming lines or dots

* Nanoxérographie par AFM La nanoxérographie par AFM est une technique d’assemblage dirigé de tout type de nano-objet chargé ou polarisable par interaction électrostatique sur des surfaces isolantes localement chargées par AFM (Figure 2). C’est un transfert à l’échelle nanométrique du procédé d’électrophotographie ou xérographie utilisé dans les imprimantes laser.

* Nanoxérographie par e-µCP Grâce au micro-contact printing électrique (e-µCP), dérivé de la technique de micro-contact printing utilisée pour le tamponnage moléculaire, il est possible de réaliser en parallèle en une seule étape plusieurs milliers de motifs chargés par le biais d’un timbre conducteur structuré (Figure 3a). Le développement de 2 machines automatisées spécifiques de micro-contact printing électrique en collaboration avec les entreprises Innopsys et NILT ainsi que le travail de recherche mené sur une nouvelle génération de timbres en COC offrent désormais des perspectives industrielles à la nanoxérographie.

Figure 3 : (a) Principe de la nanoxérographie par micro-contact printing électrique, (b) exemples d’assemblages de divers types de nanoparticules par nanoxérographie : assemblage monocouche de nanogels (à gauche), assemblage d’enroulements/de fagots de nanofils d’or ou d’objets uniques (centre), assemblage 3D de nanoparticules de silice de 50 nm (droite)

*Assemblage auto supporté

En déposant une goutte de dispersion colloïdale dans le toluène sur une goutte d’éthylène glycol déposée sur des membranes Si3N4 perforées, l’équipe Nanotech a montré qu’il était possible par dépôt convectif à température ambiante de réaliser des monocouches de nanoparticules d’or, denses et organisées en réseau hexagonal à grande échelle à la surface de l’éthylène glycol que l’on pouvait transférer par simple chauffage sur la surface de membranes perforées (Figure 2). Des membranes 2D de nanoparticules suspendues au-dessus de trous de 20 µm de diamètre sont ainsi obtenues simplement, permettant de se libérer de toute influence du substrat sous-jacent (Figure 2).

Figure 2 : (a) Schéma de principe de l’élaboration de membranes 2D de nanoparticules auto-supportées par dépôt convectif, (b) exemple d’une membrane suspendue de 20 µm de diamètre constituée d’une monocouche dense et organisée en réseau hexagonal de NPs d’or de 7 nm