Terminologie utile


Agglomération et Agrégation

L'agrégation et l'agglomération sont des termes largement utilisés par les chercheurs en nanotechnologie pour désigner des nanoparticules associées en un cluster composé de deux ou plusieurs nanoparticules. L’utilisation d’agrégat ou d’agglomérat est spécifique à l’industrie, mais dans le domaine des nanoparticules, les deux termes sont équivalents et peuvent être utilisés de manière interchangeable. Quel que soit le terme choisi, l’état d’agglomération d’une nanoparticule est un paramètre critique qu’il convient de connaître à chaque étape du traitement des nanomatériaux. La grande majorité des nanoparticules séchées sont agglomérées de manière permanente en amas constitués de dizaines, de centaines, voire de milliers de nanoparticules individuelles, ce qui augmente considérablement la taille effective des nanoparticules et modifie potentiellement leurs propriétés physiques et optiques. La figure de droite montre un schéma de deux mille nanoparticules de 10 nm dispersées individuellement (en haut) ou regroupées en agglomérats de 100 nm (en bas). Force est de constater que les propriétés de ces deux nanomatériaux sont très différentes même si chacun contient le même nombre de nanoparticules de tailles identiques.   

L’application de forces de cisaillement aux agglomérats de nanoparticules peut briser les agglomérats en deux morceaux ou plus. Cependant, même avec les mécanismes de dispersion les plus puissants (sonication par sonde, microfluidisation, broyage), il n’est généralement pas possible de restaurer les particules agglomérées en une suspension monodispersée constituée uniquement de nanoparticules individuelles. Cela est dû en partie à la force relative des forces de Van der Waals qui lient les particules entre elles et aux forces de cisaillement qui peuvent être appliquées à l’échelle nanométrique. Afin de séparer deux nanoparticules agglomérées, des forces dans des directions différentes doivent être appliquées à chaque nanoparticule. Avec de très petites tailles de particules, il n’est tout simplement pas possible de générer suffisamment de microturbulences pour créer un gradient de force suffisamment élevé pour vaincre les forces de liaison des particules. Expérimentalement, le seuil inférieur de taille des agglomérats dispersés est d’environ 200 nm pour de nombreux types différents de nanomatériaux. Par exemple, si des nanoparticules d’oxyde de 10 nm et 50 nm sont séchées et largement dispersées, la taille de l’agglomérat sera d’environ 200 nm pour les deux types de particules. Ceci est important car dans de nombreux cas, c’est la taille de l’agglomérat et non la taille des particules primaires qui est responsable des propriétés de diffusion et de transport des nanoparticules. 

L'état d'agglomération d'échantillons à base de solution peut être mesuré à l'aide d'une analyse TEM de solutions diluées où le nombre de nanoparticules dans des grappes bien séparées est compté. Cependant, de nombreux amas doivent être comptés et il est difficile de faire la distinction entre les agglomérats préformés et les agglomérats formés au cours du processus de séchage. Alternativement, un instrument de diffusion dynamique de la lumière peut être utilisé pour mesurer la moyenne et la distribution de la taille des agglomérats hydrodynamiques en solution. Si la taille des particules primaires a été préalablement déterminée avec TEM, le nombre moyen de particules par agrégat peut être déterminé. Une autre méthode consiste à utiliser un granulomètre centrifuge (CPS) qui mesure le temps nécessaire aux nanoparticules pour traverser un gradient. Les mesures CPS sont préférées pour les distributions de taille multimodales ou pour les échantillons présentant un degré élevé de polydispersité. L'état d'agglomération des échantillons séchés peut être mesuré en aérosolisant la poudre et en mesurant la taille de l'agglomérat à l'aide d'un granulomètre en aérosol (pour les tailles > 500 nm) et d'un granulomètre à mobilité par balayage (pour les tailles <500 nm).  

Retour au sommet

Décalages spectraux : décalage bleu/décalage rouge

Pour de nombreux types de nanoparticules, les pics spectraux peuvent se déplacer en raison de changements dans la taille, la forme, le revêtement ou l’état d’agrégation des nanoparticules. Le décalage vers le bleu fait référence à une réponse électromagnétique décalée vers des longueurs d'onde plus courtes (fréquences plus élevées, énergies plus élevées). Le décalage vers le rouge fait référence à un pic qui se déplace vers des longueurs d'onde plus longues. Par exemple, si le rapport hauteur/largeur d’un nanorod d’or diminue, la longueur d’onde d’extinction maximale du bleu passe de 800 nm à 600 nm. L’encapsulation d’une nanoparticule d’argent sphérique avec une coque de silice décalera le pic vers le rouge. L'agrégation entraîne généralement un décalage vers le rouge dans les caractéristiques spectrales de la suspension de nanoparticules.   

Retour au sommet

Extinction

L'extinction fait référence à la somme de toute la lumière qui n'est pas transmise à travers un échantillon. Pour les nanoparticules, la lumière peut être éliminée par un événement de diffusion ou par absorption. L'extinction est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre UV-Visible. La proportion d'extinction due à la diffusion ou à l'absorption change considérablement pour les nanoparticules de différentes tailles. Par exemple, les nanoparticules d'or de 10 nm seront fortement absorbantes tandis que les nanoparticules d'or de 100 nm auront une extinction dominée par la diffusion. 

Équations d'extinction: 

T = Je/Je0

Extinction = –log10T

T est la transmission, I est l'intensité du faisceau après avoir traversé l'échantillon et I0 est l'intensité de la source de l'incident.

Retour au sommet

Taille de grain/Taille primaire

La granulométrie/granulométrie primaire est la taille du plus petit élément discret d'un granulat ou d'un agglomérat. Le plus souvent, la taille primaire est mesurée par imagerie TEM. De nombreux nanomatériaux sont constitués de grains regroupés en agglomérats plus grands. Il est important de faire la distinction entre la taille des grains/granulométrie primaire et la taille de l'agglomérat.  

Retour au sommet

Sections transversales optiques

La section efficace optique d’un matériau est une mesure de l’intensité de la lumière absorbée ou diffusée par ce matériau. Lorsque la lumière frappe le matériau, certains photons sont transmis (traversent la cible), tandis que d’autres sont diffusés ou absorbés. La section efficace est une mesure de l'efficacité avec laquelle les photons sont absorbés ou diffusés, des sections efficaces plus grandes signifiant que le matériau est de plus en plus efficace. La somme de la section efficace d’absorption et de la section efficace de diffusion est appelée section efficace d’extinction, qui correspond à la quantité totale de lumière qui n’est pas transmise à travers un échantillon. Une autre mesure intéressante est la section efficace d’extinction divisée par la section efficace géométrique. Cette valeur correspond à l’efficacité d’extinction et représente la force avec laquelle une particule est couplée à la lumière incidente. Étonnamment, pour les nanoparticules d'argent sphériques, des efficacités d'extinction > 20 peuvent être obtenues, ce qui constitue l'efficacité la plus élevée pouvant être obtenue pour n'importe quel matériau.  

Extinction cross sections of silver nanospheres as a function of nanosphere diameter.

Retour au sommet

Densité optique

La densité optique est une mesure de la quantité de lumière transmise à travers une solution, un filtre ou un échantillon. La densité optique est le logarithme négatif du pourcentage de lumière transmise à travers une solution :

OD = –log10(T)

T est mis à l'échelle pour se situer entre 1,0 (transmission à 100 %) et 0,0 (transmission à 0 %).

Densité optique % de transmission
0.0 100
0.1 80
0.2 63
0.3 50
0.4 40
0.5 32
1.0 10
2.0 1
3.0 0.1
4.0 0.01

Retour au sommet

Efficacité optique

L'efficacité optique d'un matériau est définie comme la section efficace optique divisée par la section efficace géométrique. La déclaration de l'efficacité optique plutôt que de la section efficace optique redimensionne l'intensité optique en fonction de la taille des nanoparticules. Étant donné que les sections transversales optique et géométrique ont toutes deux des unités de longueur au carré, l'efficacité optique est un paramètre sans unité.

Bien que le calcul de la section transversale géométrique des particules sphériques soit un exercice simple, déterminer la section transversale géométrique des bâtonnets, des pyramides et des plaques triangulaires et en forme de disque est moins simple. Un certain nombre de conventions sont utilisées. Les appels les plus courants nécessitent l'utilisation d'une section efficace de πReff2, où Reff = (3V/4π), où V est le volume total du nanomatériau, c'est-à-dire définir la croix géométrique comme étant la section transversale d'une sphère égale en volume au matériau non sphérique.

Extinction efficiencies of silver nanospheres as a function of nanosphere diameter.

Retour au sommet

Produits connexes

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Titre de la collection

Injection CSS pour les bits extensibles

Utilisez cette zone pour fournir des informations textuelles supplémentaires sur ce bloc extensible.