Remerciements
Préface
Introduction : NANOMATÉRIAUX ET NANOCHIMIE
PARTIE 1 : PRINCIPES DE BASE ET PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES
Chapitre 1 : EFFETS DE TAILLE SUR LA STRUCTURE ET LA MORPHOLOGIE DE NANOPARTICULES LIBRES OU SUPPORTÉES
1 Effets de taille et de confinement
1.1 Introduction
1.2 Fraction d'atomes de surface
1.3 Énergie spécifique de surface / contrainte de surface
1.4 Effet sur le paramètre de maille
1.5 Effet s[...]
Remerciements
Préface
Introduction : NANOMATÉRIAUX ET NANOCHIMIE
PARTIE 1 : PRINCIPES DE BASE ET PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES
Chapitre 1 : EFFETS DE TAILLE SUR LA STRUCTURE ET LA MORPHOLOGIE DE NANOPARTICULES LIBRES OU SUPPORTÉES
1 Effets de taille et de confinement
1.1 Introduction
1.2 Fraction d'atomes de surface
1.3 Énergie spécifique de surface / contrainte de surface
1.4 Effet sur le paramètre de maille
1.5 Effet sur la densité d'états de phonons
2 Morphologie des nanoparticules
2.1 Forme d'équilibre d'un cristal macroscopique
2.2 Forme d'équilibre de cristaux nanométriques
2.3 Morphologie des particules supportées
Bibliographie
Chapitre 2 : STRUCTURE ET TRANSITIONS DE PHASE DANS LES NANOCRISTAUX
2 Transitions de phases cristallines dans les nanocristaux
2.1 Transitions de phases et granulo-dépendance
2.2 Thermodynamique élémentaire de la granulo-dépendance des transitions de phase
2.3 Influence de la surface ou de l'interface des nanocristaux
2.4 Modification des barrières de transition
3 Évolution géométrique de la maille dans les nanocristaux
3.1 Effet granulo-dépendant
3.2 Théorie
3.3 Influence de la surface/interface des nanocristaux sur le paramètre de maille
3.4 Existe-t-il un gradient de l'état cristallin à l'intérieur des nanocristaux ? Bibliographie
Chapitre 3 : THERMODYNAMIQUE ET TRANSITION SOLIDE-LIQUIDE
1 Évolution de la transition solide-liquide avec la taille
1.1 Du macroscopique au nanométrique
1.2 De la nanoparticule à la molécule
2 Thermodynamique des très petits systèmes
2.1 Généralités
2.2 Inéquivalence des ensembles
2.3 Coexistence dynamique des phases
2.4 Stabilité d'une particule isolée ; équilibre thermodynamique
3 Évaporation : conséquences et observations
3.1 Théories statistiques de l'évaporation
3.2 Lien avec la transition solide-liquide : résultats numériques
3.3 Approches expérimentales de l'évaporation
3.4 Au-delà de l'évaporation unimoléculaire
3.5 Vers la transition liquide-gaz
Bibliographie
Chapitre 4 : MODÉLISATIONS ET SIMULATIONS DE LA DYNAMIQUE DES NANOBJETS
1 Introduction
2 Agrégats libres d'atomes : simulations de dynamique moléculaire
3 Evolution vers l'équilibre de nano-agrégats libres et supportés : simulations Monte Carlo cinétique
Bibliographie
PARTIE II : IMPLICATIONS DE L'ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE SUR LES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES
Chapitre 5 : MAGNÉTISME DES NANOMATÉRIAUX
1 Magnétisme de la matière
1.1 Moment magnétique
1.2 Ordre magnétique
1.3 Anisotropie magnétocristalline
2 processus d'aimantation et matériaux magnétiques
2.1 Énergie de champ démagnétisant - Domaines et parois
2.2 Processus d'aimantation
2.3 Matériaux magnétiques de types divers
3 Magnétisme en dimensions réduites
3.1 Moment magnétique dans les agrégats
3.2 Ordre magnétique dans les nanoparticules
3.3 Anisotropie magnétique dans les agrégats et nanoparticules
4 Magnetostatique et processus d'aimantation dans les nanoparticules
4.1 Particules magnétiques monodomaines
4.2 Activation thermique, superparamagnétisme
4.3 Rotation cohérente dans les nanoparticules
4.4 De l'activation thermique à l'effet tunnel macroscopique
5 Magnétisme des nanosystèmes couplés
5.1 Nanocristaux couplés par échange : matériaux ultra-doux et renforcement de rémanence
5.2 Coercitivité des nanocomposites
5.3 Décalage d'échange dans les systèmes constitués de nanoparticules ferromagnétiques couplées à une matrice antiferromagnétique
Bibliographie
Chapitre 6 : STRUCTURE ÉLECTRONIQUE DANS LES AGRÉGATS ET LES NANOPARTICULES
1 Introduction
2 Le modèle de la goutte liquide
3 Méthodes de calcul de la structure électronique
3.1 Approximation de Born-Oppenheimer. Notion de surface de potentiel
3.2 Calcul ab initio de la structure électronique
3.3 Théorie de la fonctionnelle de la densité
3.4 Analyse de charges
3.5 Descriptions approchées et semi-empiriques
3.6 Bandes d'énergie et densités d'états
4 Application à quelques exemples typiques
4.1 Nanoparticules métalliques
4.2 Agrégats moléculaires
4.3 Agrégats ioniques et ionocovalents
4.4 Systèmes covalents
5 Changements de valence
5.1 Transitions avec la taille
5.2 Transitions avec la stoechiométrie
6 Nanotubes
7 Perspectives
Bibliographie
Chapitre 7 : PROPRIÉTÉS OPTIQUES DES NANOPARTICULES MÉTALLIQUES
1 Réponse optique, agrégats libres et matériaux composites
2 Réponse optique dans l'approximation quasi statique : nanosphères
3 Constante diélectrique d'un métal : effet de la taille nanométrique
4 La résonance plasmon de surface dans l'approximation quasi statique : nanosphères
5 La résonance plasmon de surface : effet quantique aux petites tailles (D < 5 nm)
6 Cas général des nanosphères : le modèle de Mie
7 Nanoparticules non sphériques ou non homogènes dans le modèle quasi statique
7.1 Effet de forme : ellipsoïdes
7.2 Effet de structure : système coeur-coquille
8 Exaltation du champ électromagnétique : applications
8.1 Réponse optique non linéaire
8.2 Spectroscopie résolue en temps
8.3 Exaltation locale de la diffusion Raman : effet SERS
9 Conclusions
Bibliographie
Chapitre 8 : PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET NANOMÉCANIQUES
1 Propriétés mécaniques macroscopiques
1.1 Introduction
1.2 Propriétés élastiques
1.3 Dureté
1.4 Ductilité
1.5 Modélisations numériques
2 Propriétés nanomécaniques
2.1 Expérimentation
2.2 Modélisation
Bibliographie
Chapitre 9 : SUPERPLASTIClTÉ
1 Introduction
2 Mécanisme
3 Matériaux nanostructurés superplastiques
4 Applications industrielles
Bibliographie
Chapitre 10 : RÉACTIVITÉ DES NANOPARTICULES MÉTALLIQUES
1 Effet de la taille
1.1 Propriétés structurales
1.2 Propriétés électroniques
1.3 Réactivité en chimisorption et catalyse des nanoparticules monométalliques
2 Effet du support
3 Effet d'alliage
3.1 Influence de la ségrégation superficielle
3.2 Effets géométriques
3.3 Effets électroniques
4 Méthodes de préparation et de mise en oeuvre au laboratoire et dans l'industrie
Annexe
Bibliographie
Chapitre 11 : SYSTÈMES INVERSES - LES SOLIDES NANOPOREUX
1 Introduction
2 Nomenclature : les grandes familles de matériaux poreux
3 Les zéolithes et solides microporeux apparentés
4 Les solides mésoporeux organisés
5 Les solides nanoporeux désordonnés
Bibliographie
Chapitre 12 : SYSTÈMES INVERSES - FLUIDES CONFINÉS: DIAGRAMME DE PHASE ET MÉTASTABILlTÉ
1 Déplacement des transitions du premier ordre : évaporation-condensation
1.1 Isothermes d'adsorption
1.2 Condensation capillaire
1.3 Pression capillaire et rayon de Kelvin
1.4 Cas d'un fluide non mouillant
1.5 Cas d'un fluide parfaitement mouillant
1.6 Hystérésis, métastabilité et nucléation
2 Fusion-solidification
3 Modification de la température critique
4 illtra-confinement : les microporeux
Bibliographie
Chapitre 13 : CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE, APPLICATIONS ET PERSPECTIVES
1 De la chimie moléculaire à la chimie supramoléculaire
2 Reconnaissance moléculaire
3 Chimie de coordination anionique et reconnaissance de substrats anioniques
4 Reconnaissance multiple
5 Applications
6 Perspectives
Bibliographie
Chapitre 14 : NANOCOMPOSITES OU LE DÉPASSEMENT DU COMPROMIS
1 Composites et nanocomposites
2 Quelques rappels sur les polymères
2.1 Les chaînes idéales
2.2 La transition vitreuse
2.3 L'élasticité entropique
3 Les nanocharges
3.1 Les argiles
3.2 Les nanotubes de carbone
4 Renforcement et contrôle de la perméabilité : les modèles
4.1 Renforcement (augmentation du module)
4.2 Étanchéifier (diminuer la diffusivité)
5 Renforcement et perméabilité des nanocomposites : faits et explications
5.1 Le renforcement : les cas heureux et les cas moins heureux
5.2 Étanchéité
5.3 Stabilité dimensionnelle
5.4 Résistance au feu
6 Conclusions
Bibliographie
PARTIE III : MÉTHODES D'ÉLABORATION DES NANOMATÉRIAUX E1 DES NANOPARTICULES
Chapitre 15 : LES SPÉCIFICITÉS LIÉES À LA CROISSANCE À L'ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE
1 Introduction
2 Thermodynamique des transitions de phases
3 Notions de dynamique des transitions de phases
3.1 Thermodynamique de la décomposition spinodale
3.2 Thermodynamique des phénomènes de nucléation/croissance
4 Comment contrôler la taille ?
5 Comment provoquer la transition de phase ?
6 Application au cas des nanoparticules solides
6.1 Contrôle de la nucléation
6.2 Contrôle de la croissance
6.3 Contrôle de l'agrégation, stabilité des dispersions colloïdales
7 Casser la matière en morceaux
Bibliographie
Chapitre 16 : PHASE GAZEUSE ET NANOPOUDRES
1 Introduction
2 Nécessité d'un passage par l'état gazeux
3 Principales étapes de l'élaboration en phase gaseuse
4 Condensation spontanée des nanoparticules : germination homogène
5 Phénomènes néfastes post condensation, contrôle de l'état nanométrique
5.1 Pourquoi ces effets se produisent-ils ?
5.2 Croissance des particules par condensation du gaz
5.3 Coagulation coalescente
6 Formation de la vapeur, production de nanopoudres
6.1 Procédés physiques
6.2 Procédé chimique : pyrolyse laser
7 Conclusion
Bibliographie
Chapitre 17 : PRÉPARATION DES POUDRES NANOCOMPOSITES PAR RÉACTION GAZ - SOLIDE ET PAR PRÉCIPITATION
1 Introduction
2 Synthèse des poudres nanocomposites par réaction gaz - solide
2.1 Synthèse des poudreres nanocomposites « intergranulaires » et « nano-nano
2.2 Synthèse des poudres nanocomposites « intragranulaires » et « mixtes intra-inter »
3 Conclusions
Bibliographie
Chapitre 18 : MÉTHODES COLLOÏDALES ET ANISOTROPIE DE FORME
1 Introduction
2 Les tensioactifs (TA)
3 Les micelles inverses : le nanoréacteur sphérique
4 Facteurs influençant le contrôle de forme des nanocristaux
4.1 Influence du moule colloïdal sur le contrôle de la forme des nanocristaux
4.2 Influence des anions dans la croissance des nanocristaux
4.3 Influence de l'adsorption de molécules sur la croissance nanocristalline
5 Conclusion
Bibliographie
Chapitre 19 : BROYAGE MÉCANIQUE
1 Introduction
1.1 La mécanosynthèse
1.2 Uactivation mécanique
2 Les broyeurs
3 Les mécanismes
3.1 Mfinement de tailles des cristallites
3.2 Paramètres pertinents de la mécanosynthèse/activation mécanique
3.3 Mécanique de la mécanosynthèse
4 Les matériaux et leurs applications
4.1 Mécanosynthèse
4.2 Activation Mécanique
5 Mise en forme/densification des nanomatériaux
5.1 Procédés « classiques »
5.2 Le procédé MAFAPAS (Mechanically Activated Field Activated Pressure Assisted Synthesis)
6 La méthode par déformation plastique dite sévère ou encore par hypercorroyage
6.1 Torsion sous forte pression
6.2 Technique du tube coudé (ECA - Equal Channel Angular Pressing)
7 Mécanosynthèse massive (Bulk Mechanical Alloying)
8 Élaboration de nanocomposites par extrusion, étirage, emboutissage
Bibliographie
Chapitre 20 : FLUIDES SUPERCRITIQUES
1 Définition
1 2 Propriétés physico-chimiques
2.1 Solubilité
2.2 Viscosité
2.3 Diffusion
2.4 Conductivité thermique
3 Applications
3.1 Purification - extraction
3.2 Milieu de synthèse
Bibliographie
PARTIE IV : PROCÉDÉS DE FABRICATION DES MATÉRIAUX MASSIF NANOSTRUCTURÉS ET DES MATÉRIAUX NANOPOREUX
Chapitre 21 : MATÉRIAUX MASSIFS NANOSTRUCTURÉS OBTENUS PAR FRITTAGE DE POUDRES
1 Le frittage
1.1 Définition
1.2 Phénomènes mis enjeu lors du frittage
1.3 Les différents types de frittage
1.4 Comment préserver la nanostructure au cours du frittage
2 Le procédé SPS (Spark Plasma Sintering)
2.1 Principe du procédé SPS
2.2 Les atouts du procédé SPS
2.3 Illustrations dans le domaine des nanomatériaux
Bibliographie
Chapitre 22 : AUTO-ASSEMBLAGE DE NANOMATÉRIAUX À L'ÉCHELLE MACROSCOPIQUE
1 Fabrication des nanomatériaux
2 Élaboration de réseaux 2D et 3D de nanomatériaux
2.1 Méthodes de dépôts des nanomatériaux sur un substrat solide
2.2 Forces induisant l'auto-organisation
2.3 Structure cristalline d'arrangements 2D et 3D de nanomatériaux
3 Conclusion
Bibliographie
Chapitre 23 : ASSEMBLAGES DE NANOPARTICULES MAGNÉTIQUES
1 Le magnétisme des assemblages de nanoparticules magnétiques
2 Les structures des assemblages de nanoparticules magnétiques déposées sans champ
3 Les structures des assemblages de nanoparticules magnétiques déposées sous champ
3.1 Le cas perpendiculaire
3.2 Le cas parallèle
Bibliographie
Chapitre 24 : REVÊTEMENTS NANOSTRUCTURÉS
1 Méthodologie pour la réalisation de revêtements nanostructurés superdurs
1.1 Multicouches de période nanométrique
1.2 Nanocomposites
2 Méthodes d'élaboration
2.1 Principes généraux
2.2 Dépôts chimiques en phase vapeur par PACVD
2.3 Dépôts physiques en phase vapeur par pulvérisation et par arc cathodique
2.4 Dépôts physiques en phase vapeur par pulvérisation par faisceau d'ions
Bibliographie
Chapitre 25 : DISPERSION DANS LES SOLIDES
1 Méthodes chimiques
1.1 Synthèse de verres dopés
1.2 Méthode sol-gel
2 Méthodes physiques
2.1 Implantation ionique
2.2 Méthodes de pulvérisation/évaporation
2.3 Ablation laser pulsée
2.4 Dépôt d'agrégats à faible énergie
Bibliographie
Chapitre 26 : MILIEUX NANOPOREUX
1 Introduction
2 Synthèse de solides microporeux cristallisés
2.1 Méthode de synthèse
2.2 Processus de cristallisation - exemple : les zéolithes
2.3 Principaux agents structurants organiques utilisés lors de la synthèse de solides microporeux cristallisés
2.4 Rôle des cations minéraux et des espèces organiques
2.5 L'effet « template » des espèces organiques
2.6 Caractéristiques de porosité des zéolithes et solides apparentés
2.7 Applications des matériaux zéolithiques
3 Synthèse de solides mésoporeux organisés
3.1 Méthodes de synthèse
3.2 Définition et rôle du tensioactif
3.3 Mécanismes proposés pour la formation de la phase MCM-41
3.4 Caractéristiques des silices mésoporeuses obtenues en présence de molécules amphiphiles
3.5 Caractérisation structurale des solides nanoporeux par diffusion des rayons X et des neutrons
4 Conclusion
Bibliographie
Chapitre 27 : MATÉRIAUX NANOSTRUCTURÉS PAR EMPREINTE MOLÉCULAIRE
1 Introduction
2 Aspect fondamental
2.1 Principe général
2.2 Rôle des sites de complexation pendant le processus d'impression
2.3 Structure et propriétés de la matrice polymérique
3 Procédures et méthodologies mises en jeu lors de l'impression moléculaire
3.1 Polymères organiques imprimés
3.2 Matrices inorganiques imprimées
4 Applications
4.1 Séparation d'un mélange d'herbicides
4.2 Synthèse de l'alpha-aspartame
4.3 Séparation chirale d'amino-acides par échange de ligand sur un site métallique
4.4 Élimination spécifique de lanthanides et d'actinides dans un effluent à haute activité radioactive
5 Récents défis et progrès
Bibliographie
PARTIE V : APPLICATIONS DES NANOMATÉRIAUX
Chapitre 28 : ÉLECTRONIQUE, ÉLECTROMAGNÉTISME
1 Condensateurs céramiques multicouches
1.1 Qu'est-ce qu'un condensateur céramique multicouche ?
1.2 Les exigences du marché
1.3 Les contraintes imposées par ces exigences
1.4 Des céramiques diélectriques à base de BaTiO3 à nanograins : une solution privilégiée
2 Enregistrement magnétique
2.1 Description du fonctionnement général
2.2 Matériau support d'enregistrement. Enregistrement longitudinal et perpendiculaire
2.3 Tête d'écriture
2.4 Tête de lecture
2.5 Moteur de rotation du disque
Bibliographie
Chapitre 29 : OPTIQUE
1 Cosmétiques
1.1 Introduction
1.2 Les nano-oxydes de titane en cosmétique : la protection solaire
1.3 Conclusion
2 Les nanophores
2.1 Introduction
2.2 Les luminophores : généralités
2.3 Principe de fonctionnement
2.4 Applications industrielles
2.5 Conclusion
3 Nano-ingénierie des surfaces
3.1 Quelle est la surface d'une ville ?
3.2 Des surfaces super-hydrophobes
3.3 Des surfaces auto-nettoyantes et super-hydrophiles
3.4 Quand le béton devient le garant d'un air pur
4 Les cristaux photoniques
4.1 Comment font les insectes et les oiseaux ?
4.2 Cristaux photoniques et bandes interdites photoniques
4.3 Guides et cavités
4.4 Des cristaux colloïdaux aux cristaux photoniques
Bibliographie
Chapitre 30 : MÉCANIQUE
1 Silices précipitées pour pneus haute énergie
1.1 Fabrication des silices précipitées
1.2 Pneumatiques et autres applications
2 Lattes de soudure en composite céramique-métal
2.1 Les céramiques
2.2 Mécanosynthèse réactive et broyage à haute énergie
2.3 L'amélioration des propriétés
3 Matrices amorphes renforcées
3.1 L'ordre ne sied pas à tous les matériaux
3.2 Incorporation des nanoparticules aux matrices amorphes
3.3 Des pistes à suivre
3.4 Une longue route
4 Solides nanoporeux comme ressorts, amortisseurs et pare-chocs moléculaires
4.1 Introduction
4.2 Principe
4.3 Diagramme pression-volume
4.4 Énergie stockée et énergie restituée
4.5 Causes de l'irréversibilité
4.6 Les matières (solide et liquide) des systèmes et leur comportement
4.7 Applications pratiques
5 Bobines hauts champs
5.1 Cahier des charges du développement des champs magnétiques pulsés intenses
5.2 Élaboration des conducteurs renforcés à matrice de cuivre
5.3 Géométrie et microstructure des conducteurs nanofilamentaires Cu/Nb
5.4 Propriétés physiques des conducteurs nanofilamentaires Cu/Nb
5.5 Conclusion
Bibliographie
Chapitre 31 : BIOLOGIE ET ENVIRONNEMENT
1 Catalyseurs minéraux pour les moteurs diesel
2 Nanotechnologies et nouveaux médicaments
2.1 Introduction
2.2 Les vecteurs synthétiques : liposomes, nanoparticules
2.3 Conclusion
3 Nanoparticules magnétiques et applications biomédicales
3.1 Bactéries magnétotactiques
3.2 Pigeons voyageurs
3.3 Séparation magnétique
3.4 Nanoparticules magnétiques, agents de contraste en imagerie par résonance magnétique
3.5 Nanoparticules magnétiques et traitement des tumeurs
4 Membranes zéolithiques pour procédés de séparation et réacteurs catalytiques
4.1 Introduction
4.2 Les membranes microporeuses
4.3 Les membranes zéolithiques : élaboration et caractérisation
4.4 Application en séparation gazeuse
4.5 Application en réacteur catalytique
5 Nanoparticules métalliques et catalyse
5.1 Préparation et caractérisation des catalyseurs Pd/Si3N4
5.2 Propriétés en oxydation totale du méthane : mise en oeuvre au laboratoire
5.3 Mise en oeuvre pour une application comme panneau radiant (émetteur d'énergie infrarouge)
Bibliographie
Index
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