Franck Artzner, IPR, Université Rennes I

Jeudi 9 Juin 2011, 16h00
Amphi Boreau, Esc C, 2ème etage

Auto-assemblages bio-inspirés : peut-on fabriquer sans effort des structures complexes avec une précision sub-nanométriques ?

Franck Artzner

Les enjeux de la réduction des tailles caractéristiques des matériaux sont nombreux, mais souvent limités par la précision des processus de fabrication. De nombreux phénomènes physiques originaux sont générés par des objets de taille nanométriques. Par exemple, dans le cas des nanoparticules semi-conductrices (Quantums Dots), la taille et la morphologie permettent de contrôler les niveaux électroniques. Des couplages inédits et variés peuvent apparaître lorsque deux objets sont en interactions à des distances bien définies. Ainsi, les couplages exciton-plasmon ne génèrent de l’effet spaser que pour des distances très précises. Ces deux exemples illustrent parfaitement les enjeux du contrôle de la taille, de la morphologie et des inter-distances de nano-objets à des longueurs de la dizaine de nanomètres et avec une précision sub-nanométriques (atomiques ?). Le développement de nouveaux processus de fabrication assurant une grande précision est un verrou important pour concevoir et réaliser des nano-structures fonctionnelles.
Cette précision est justement le domaine de prédilection de tous les auto-assemblages biologiques. Contrairement aux procédés classiques, la nature a développé des auto-assemblages qui se forment spontanément dans l’eau à partir des briques élémentaires parfaitement définies (protéines, lipides,…). La seule source d’énergie utilisée par ces processus est l’agitation thermique qui devient très efficace à très petite échelle pour bouger et assembler les briques élémentaires naturelles. La seconde spécificité des assemblages naturels est leur organisation hiérarchique sur plusieurs ordres de grandeurs. Ces processus biologiques sont une source inépuisable d’inspiration pour imaginer de nouveaux matériaux.
Cette présentation sera organisée autour de trois processus bio-inspirés d’auto-assemblages à différentes échelles permettant un contrôle morphologique rigoureux pouvant aller de l’Angstrœm au centimètre. Dans un premier temps, les mécanismes de formation de nanotubes de silice présentant une organisation hiérarchique sur 8 ordres de grandeur (figure ci-dessous) seront présentés [1], ainsi que l’approche moléculaire qui permet de moduler leur diamètre entre 9 et 35nm [2]. Différentes approches pour cristalliser des nanoparticules et les effets de cet ordre tridimensionnel sur les propriétés de fluorescence seront discutés [3,4]. Enfin la manipulation de nano-objets par des ménisques pour mettre en forme ces matériaux sera illustrée par un exemple en nanophotonique [5].

Organisation hiérarchique des nanotubes de verres vue en microscopie électronique (gauche, barre : 100nm) en lumière polarisée (droite, barre 1mm).

1] E. Pouget, E. Dujardin, A. Cavalier, A. Moreac, C. Valéry, V. Marchi-Artzner, T. Weiss, A. Renault, M. Paternostre, F. Artzner, Hierarchical architectures by synergy between dynamical template self-assembly and biomineralization, Nature Materials, 2007, 6, 434-439.

2] C. Tarabout , et al, Chemical control of peptide nanotube diameter : a strategy based on the structure of the nanotube, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2011, 108 (19) 7679-7684.

3] A. Dif, E. Henry, F. Artzner, M. Baudy-Floc’h, M. Schmutz, M. Dahan, V. Marchi-Artzner, Interaction between water-soluble peptidic CdSe/ZnS nanocrystals and vesicles : formation of hybrid vesicles and condensed lamellar phases, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(26), 8289-8296.

4] E. Henry, A. Dif, M. Schmutz, F. Amblard, V. Marchi-Artzner, F. Artzner, Crystallization of fluorescent quantum dots within a 3D dynamical biomimetic template, soumis.

5] B. Bêche, A. Jimenez, L. Courbin, L. Camberlein, F. Artzner, E. Gaviot, Functional silica nano-connections based on a fluidic approach for integrated photonics, Electron. Lett., 2010, 46(5), 356-358.

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