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Etude des mécanismes fondamentaux de formation des particules en solution

par Anne-Marie, Poggi Mélanie - publié le , mis à jour le

Participants :
A Freitas (thèse), Thierry Gacoin* D. Carrière* (CEA - LIONS)
ANR Diamons – Porteur : D. Carrière, CEA - LIONS.

La synthèse de nanoparticules d’oxyde cristallines par co-précipitation d’ions dans l’eau et à température ambiante est une méthode de production de nanomatériaux fonctionnels qui est attrayante du point de vue industriel : elle est adaptée à la production à grande échelle ; son impact environnemental et énergétique est réduit. Enfin, son caractère générique permet une transposition à pratiquement tous les nanoparticules d’oxyde de métal de transition, embrassant ainsi un large catalogue d’applications envisageables. Or, le développement de matériaux fonctionnels à l’aide de telles nanoparticules nécessite un contrôle optimal de leur cristallinité (qualité et sélection polymorphique) et de leur nanostructure (taille, état d’agrégation). Dans le cas des nanoparticules d’oxyde cristallines, un verrou crucial qui empêche ce contrôle est l’incapacité des théories classiques à décrire convenablement le processus de nucléation à plusieurs étapes qui est le propre de telles synthèses par "chimie douce". Par ailleurs, on observe que beaucoup de nanoparticules d’oxydes élaborées par voie aqueuse présentent une morphologie qui correspond à l’agrégation de particules primaires, ce qui conduit à une certaine porosité interne et une surface spécifique qui jouent un rôle déterminant dans les propriétés des particules.

Figure 1 : Clichés de microscopie électronique illustrant la double structuration des nanoparticules.

L’objectif du projet DIAMONS est d’étudier les mécanismes de formation des particules de nanoparticules d’oxyde depuis les temps très courts après le mélange des précurseurs jusqu’aux particules finales. Pour cela, diverses techniques de caractérisations structurales (diffusion USAXS/SAXS/WAXS et diffraction des rayons X, microscopie électronique en transmission) et spectroscopiques sont mises en œuvre, en se focalisant plus particulièrement sur des particules de YVO4 :Eu qui présentent un intérêt pour leurs propriétés de luminescence appliquée à l’élaboration de couches minces ou de sondes pour la biologie.

Figure 2 : Intérêt de la diffusion des rayons X au regard des différentes tailles caractéristiques du système.