Grundlagen_modul_fr

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Grundlagen_modul_fr

  1. 1. Plate-forme éducative sur les micro- et nanotechnologies, pour les écolesprofessionnelles, les écoles denseignement secondaire et lesétablissements supérieurs spécialisés Module de notions fondamentales Version complète Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 Saint-Gall Tél. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch www.swissnanocube.ch
  2. 2. 1. «nano» cest petit, mais à quel point?© 2011 - Swiss Nano-Cube 2
  3. 3. La définition de nano Nano est un terme dérivé du grec (nanos = nain) 1 nanomètre = 1/1‘000‘000e de mm ≈ 3 atomes dor100 m = 1,0 =1m (1 mètre)10-3 m = 0,001 m = 1 mm (1 millimètre)10-6 m = 0,000 001 m = 1 μm (1 micron)10-9 m = 0,000 000 001 m = 1 nm (1 nanomètre)© 2011 - Swiss Nano-Cube 3
  4. 4. La dimension nanométrique - Son ordre degrandeur Source: Fonds de lIndustrie Chimique FIC - Série de diapos© 2011 - Swiss Nano-Cube 4
  5. 5. La dimension nanométrique - Son ordrede grandeurCourt-métrage classique de Charles et Ray Eames tourné en 1977 Source: http://www.powersof10.com/© 2011 - Swiss Nano-Cube 5
  6. 6. La dimension nanométrique - Son ordrede grandeurSite Web «Scale of the Universe» Source: http://primaxstudio.com/stuff/scale_of_universe/© 2011 - Swiss Nano-Cube 6
  7. 7. La dimension nanométrique - Rapports dimensionnels  Rapport Terre/ballon de foot = Rapport ballon de foot/fullerèneSource: Université de Mayence Source: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp Source: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V. © 2011 - Swiss Nano-Cube 7
  8. 8. 2. Définitions© 2011 - Swiss Nano-Cube 8
  9. 9. En quoi consistent lesnanotechnologies?Les nanotechnologies...... incluent la recherche et le développement technique dans le domainecompris entre 1 et 100 nanomètres (nm)... génèrent des structures et se servent de structures qui en raison de leurtaille présentent des propriétés entièrement nouvelles... reposent sur la faculté de contrôler et de manipuler à léchelle delatome... synthétisent ces domaines classiques que sont la chimie, la physique etla biologie Source: www.nano.gov/html/facts/whatIsNano.html© 2011 - Swiss Nano-Cube 9
  10. 10. Synthétiser des disciplines Chimie physique Sciences de la matière Microélectronique/Mécatronique Physique Physique Chimie Chimie Nano- technologiesBiophysique Biochimie BiologieTechniques médicales PharmaciePhysique médicale Diagnostic© 2011 - Swiss Nano-Cube 10
  11. 11. Qu’est-ce qu’un nanomatériau ?  Matériaux nanostructurés (Structure interne ou structure superficielle à léchelle nanométrique)  Nano-objets CEN ISO/TS 27687© 2011 - Swiss Nano-Cube 11
  12. 12. ExemplesNanoparticule Nanotube de carbone à Cristal photonique(oxyde de zinc) plusieurs paroisCouche Surface limite Puce (AMD K8) Taille de la structure Aérogel ≤ 130 nm (corps solides dune haute porosité)© 2011 - Swiss Nano-Cube 12
  13. 13. 3. Fabrication© 2011 - Swiss Nano-Cube 13
  14. 14. Doù viennent les nanoparticules? Nanoparticules dorigine naturelle − Éruptions volcaniques − Feux de forêts − Tempêtes de sable Nanoparticules engendrées par lhomme − Tabagie − Circulation (véhicules diesel) − Industrie Fabrication industrielle de nanostructures − Top-down (de haut en bas) − Bottom-up (de bas en haut)© 2011 - Swiss Nano-Cube 14
  15. 15. Génération de nanostructures de larbreTop-down: «de haut en bas»Génération de structures à léchelle nanométrique parrapetissement ou par usinage ultraprécis.ProcédésBroyage de poudre avec des moulins à billes Procédés de gravure (photolithographie) à la planche Structuration avec des faisceaux délectrons ou dions© 2011 - Swiss Nano-Cube 15
  16. 16. Génération de nanostructures de la plantuleBottom-up «de bas en haut»Formation, souvent auto-organisée (auto-assemblage),de structures complexes composées datomes ou demolécules individuel(le)sProcédé: Procédé sol-gel Synthèse en phase gazeuse vers larbre Séparation chimique en phase gazeuse (chemical vapor deposition, CVD) Séparation physique en phase gazeuse (physical vaport deposition, PVD)© 2011 - Swiss Nano-Cube 16
  17. 17. 4. Pourquoi «nano»?© 2011 - Swiss Nano-Cube 17
  18. 18. Propriétés nouvelles Les nanomatériaux présentent de «nouvelles» propriétés. Laluminium par exemple: − La feuille daluminium est chimiquement très stable, donc très peu réactive. − Inversement, les nanoparticules daluminium brûlent de manière explosive et sutilisent comme carburant de fusée. − Source: www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,656774,00.html© 2011 - Swiss Nano-Cube 18
  19. 19. Propriétés nouvellesVerre doré de teinte rouge rubis au Moyen-ÂgePour fabriquer autrefois le verre doré de teinte rouge rubis, on rajoutait aumélange de verre initial de la poudre dor finement dispersée.© 2011 - Swiss Nano-Cube 19
  20. 20. Nano-effetsNouvelles propriétés en tant queffets des nanotechnologies Propriétés liées aux dimensions (par exemple celles des nanocarriers utilisés en médecine). Superhydrophobie (par exemple leffet lotus) Haute surface spécifique: Réactivité accrue (par exemple le fer pyrophore) Robustesse mécanique améliorée (par exemple les CNT) Propriétés électriques & thermiques modifiées (idem) Propriétés optiques modifiées (par exemple le nano-or, les cristaux liquides) Superparamagnétisme (par exemple les ferrofluides)© 2011 - Swiss Nano-Cube 20
  21. 21. 5. Lunivers «nano» au quotidien© 2011 - Swiss Nano-Cube 21
  22. 22. Les nanotechnologies dans lesproduits grand public TiO2 comme protection anti-UV: SiO2 comme additif pour Nanoparticules dans les crèmes laques et peintures solaires et les cosmétiques inrayables Nano-argent (effet antimicrobien Nanotubes de carbone (CNT) & inhibition des odeurs) intégrés dans un matériau cadre pour accroître la robustesse© 2011 - Swiss Nano-Cube 22
  23. 23. Les nanotechnologies dans lesproduits grand public 1 317 produits (Mars 2011) Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/© 2011 - Swiss Nano-Cube 23
  24. 24. Les nanotechnologies dans lesproduits grand public 565 produits (Mars 2011) Source: www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/© 2011 - Swiss Nano-Cube 24
  25. 25. Quiz du loft nanorama www.swissnanocube.ch/nanorama© 2011 - Swiss Nano-Cube 25
  26. 26. 6. Domaines dapplication© 2011 - Swiss Nano-Cube 26
  27. 27. Applications importantes Énergie Produits de Automobile consommation Domaines dapplication Informatique,industrie électr. Industrie du BTP Chimie Médecine Optique Environnement © 2011 - Swiss Nano-Cube 27
  28. 28. 7. Lunivers nano dans la Nature© 2011 - Swiss Nano-Cube 28
  29. 29. Plus jamais sale ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.  «Lautonettoyage» des feuilles de lotus repose sur la micro- et la nanostructuration de leur surface.  Les gouttes deau perlent dessus et emportent des particules sales en quittant la feuille.  Microstructures incluant des nanocristaux de cire à la surface de la feuille (microscope électronique à balayage)© 2011 - Swiss Nano-Cube 29
  30. 30. Plus jamais sale ou pourquoi la feuille de lotus reste toujours propre.  Vidéo illustrant leffet lotus  Utilisation de cet effet par exemple dans les peintures pour façade (Lotusan) Source: www.youtube.com/watch?v=pzGunZ1-POw© 2011 - Swiss Nano-Cube 30
  31. 31. Adhésion sans colle ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.  Les structures adhésives se composent de poils fins (env. 200 nm de diamètre)  Les poils fins garantissent que le bout du doigt épouse de façon optimale les irrégularités de toute surface support  Ce sont les forces dites de Van der Waals qui assurent ladhérence; elles reposent sur des décalages de charge dans les atomes. Source: www.uni-saarland.de; photo : S. Gorb, Institut MPI de recherche sur les métaux, Stuttgart© 2011 - Swiss Nano-Cube 31
  32. 32. Adhésion sans colle ou pourquoi le gecko ne tombe pas du plafond.  Les geckos parviennent à adhérer contre pratiquement toutes les surfaces.  Et pour supprimer à nouveau le contact, ils «déroulent» leurs doigts. Source: www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Didaktik/Bionik.html© 2011 - Swiss Nano-Cube 32

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