Projet ANR-06-JCJC-0024 – SmallMeca-1D : Small size effects on the elastic properties of core-shell 1D-nanomaterials
Programme : Programme "Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs" (JCJC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 140000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : Les matériaux de dimensions nanométriques suscitent un intérêt considérable car leurs propriétés physiques diffèrent notablement de celles observées sur des matériaux macroscopiques. De nombreuses stratégies ont ainsi été développées pour synthétiser des nanomatériaux 1D par des approches « top-down » ou « bottom-up ». En particulier, la méthode « template » permet d'élaborer des nanofils ou nanotubes ayant un diamètre contrôlé à l'intérieur des pores de membranes. Parallèlement, le développement des microscopies de champ proche permet à présent d'accéder aux propriétés physiques des nanomatériaux. Parmi ces propriétés, l'étude des propriétés mécaniques de nanomatériaux est un domaine encore relativement peu exploré. La difficulté de telles études par AFM réside notamment dans la détermination quantitative du module élastique. Pour cela, nous avons développé une méthode basée sur la mesure du spectre de résonance du levier en contact avec le nanofil qui permet de s'affranchir des problèmes de calibration de la raideur des leviers. A l'aide de cette méthode, nous avons montré une augmentation du module élastique de nanofils métalliques lorsque le diamètre diminue.  Dans ce projet, nous proposons d'étudier les effets de surface sur les propriétés élastiques de nouvelles nanostructures 1D de type « core-shell » composées d'un cœur inorganique (nanotubes de carbone, nanofils/tubes métalliques) et d'une couche extérieure organique (brosses de polymère). Les propriétés élastiques et les effets de surface seront étudiés en fonction de la structure des brosses polymères. Nous chercherons, particulièrement, à comprendre la nature des tensions de surface impliquées dans les effets de taille réduite des nanomatériaux 1D « core-shell ».   Les nanofils et nanotubes s'annoncent incontournables comme briques élémentaires pour de nombreuses applications (NEMS, nanoélectronique, capteurs). Toutefois, leur intégration dans des dispositifs plus complexes nécessite généralement une modification de la surface, telle que la fonctionnalisation de la nanostructure par des molécules ou chaînes de polymère. Du fait de l'augmentation du rapport surface/volume lorsque le diamètre diminue, cette modification de surface peut altérer, parfois de manière critique (cas des nanotubes de carbone), la structure et donc les propriétés physiques des nanostructures. Par conséquent, il est crucial de quantifier l'évolution des propriétés physiques après modification de la surface de telles nanostructures. Concernant les propriétés mécaniques de nanostructures 1D hybrides, il s'agit d'un domaine d'étude pratiquement vierge.  Dans un premier temps, des nanofils/nanotubes métalliques seront synthétisés à l'intérieur des pores de membranes (PC) avec des diamètres compris entre 20 et 200nm. Après avoir dissout la membrane, des brosses de poly(methyl methacrylate) seront greffées sur ces nanomatériaux par une méthode "grafting from". Cette méthode sera aussi appliquée aux nanotubes de carbone. De nombreuses conditions de synthèse seront testées pour modifier la structure des brosses polymères. Les propriétés structurales de ces brosses seront étudiées à l'aide d'analyses Micro-Raman et par spectroscopie de force AFM. La force de liaison chaîne de polymère-surface du matériau « cœur », la longueur des chaînes et la densité de greffage seront mesurées. Ces propriétés structurales seront déterminées pour les différentes conditions de synthèse et pour les différents diamètres des nanofils. Concernant les propriétés mécaniques, les nanostructures seront dispersés sur des membranes microporeuses et les nanofils traversant les pores seront sélectionnés par AFM. Le spectre de résonance du levier au contact de la nanoctructure sera enregistré. Le module élastique de la nanostructure hybride isolée sera déterminé par modélisation du comportement en fréquence. Une analyse de l'évolution du module en fonction du diamètre des nanofils sera alors effectuée. Enfin, un calcul de la défo.