les nanostructures et la spectroscopie raman: senseurs chimiques ultrasensibles
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Prof. Pierre BRODARD. Les nanostructures et la spectroscopie Raman: senseurs chimiques ultrasensibles. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg , 04.07.2012. Sommaire. 1. La spectroscopie Raman à quoi ça sert ? comment ça fonctionne ? 2. Les nanostructures et les nanoparticules - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Les nanostructures et la spectroscopie Raman:
senseurs chimiques ultrasensibles
Prof. Pierre BRODARD
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"Une conférence pour les industriels
Ecole d’ingénieurs et d’architectes de Fribourg04.07.2012
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
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Sommaire
1. La spectroscopie Raman à quoi ça sert ? comment ça fonctionne ?
2. Les nanostructures et les nanoparticules diffusion Raman exaltée en surface exemples concrets
3. Le potentiel industriel senseurs chimiques ultrasensibles équipement et savoir-faire à Fribourg
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1. La spectroscopie Raman
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Chandrasekhara Venkata Raman
(physicien indien)
Prix Nobel de physique 1930
"A small fraction of sunlight passing through a transparent medium is scattered in all directions, with a different wavelength than the incident radiation. These shifts depend upon the chemical structure of the molecules."
"A new radiation", Indian Journal of Physics, 2 (1928) 387.
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1. La spectroscopie Raman: potentiel et utilité
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- composition chimique: * identification de composés connus (bases de donnée)* caractérisation de molécules/solides (analyse des pics)
- structure cristalline:* cristallin/amorphe (polymères: degré de cristallinité)* stress résiduel/défauts (résistance mécanique)
énergie
inte
nsit
é
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1. La spectroscopie Raman: exemple d'application (PLA)
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
"PLA degradation depending on pH and temperature over time"Jérémy Salvi & Elia Kilcher, travail pratique de Master 2012, EIA-FR
PLA: acide polylactique- polyester thermoplastique (moulable à chaud)- fait à partir de resssources renouvelables (sucres extraits de déchets organiques)
Paramètres influençant la stabilité:- temps (durabilité)- pH (résistance à l'acidité)- temperature (liaisons esters)
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1. La spectroscopie Raman: exemple d'application (PLA)
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Résultats:- paramètre principal de la dégradation: temperature- pH accélère la dépolymérisation,mais ne peut pas l'initier
Tests mécaniques de traction(élasticité)Spectroscopie Raman(structure)
"PLA degradation depending on pH and temperature over time"Jérémy Salvi & Elia Kilcher, travail pratique de Master 2012, EIA-FR
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1. La spectroscopie Raman: montage expérimental
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RAMAN: phénomène de diffusionchocs inélastiques photons - molécules
spectrograph
ccd
laser
sample
source d'excitation
séparer les pics
détecteur
échantillon
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1. La spectroscopie Raman: principe physique
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S1
Rayleigh
élastiqueStokes
inélastique
anti-Stokes
inélastique
états virtuels
0 - vib 0 + vib
laserE=h
Sto
kes
Anti
-Sto
kes
énergie [cm-1]
Rayle
igh
S0
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2. Les nanostructures: diffusion Raman exaltée
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Exaltation jusqu'à un facteur 1010 !!!
phénomène résonant:RES
- dépend du métal: VISIBLE = Ag, Au, Cu (la plupart des métaux dans UV)- dépend de la taille: doit être nanométrique- dépend de la forme: déplacement de la résonance
=> nécessite des méthodes de synthèse qui permettent de contrôler ces paramètres
excitation d'un plasmon de surfacelocalisé sur des nanostructures
exaltation du signal Ramandes composés adsorbés sur ces nanostructures (nanoparticules) métalliques
laser nanostructuresmétalliques
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2. Les nanostructures: exemple 1 - nanostructures d'Ag
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contrôle de:- taille (temps)- écart (diamètre PS)- cristallinité (annealing)
spin-coating
2D cristal colloidal
M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe, J. Michler, Nanotechnology 2009, 20, 455302.
+ HDMS
hydrophobique
+ toluène
dissolution PS
+ Ag2SO4
électrodéposition
annealing
optionnel
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2. Les nanostructures: exemple 1 - nanostructures d'Ag
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
exaltation massive
Crystal Violet
effet "anneau" supplémentaire
M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe, J. Michler, Nanotechnology 2009, 20, 455302.
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2. Les nanostructures: exemple 2 - nanostructures d'Au
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
forme complexes obtenues par ajout de saccharine
M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler, L. Philippe, Langmuir 2010, 26, 14364.
+ NaAuCl4déposition "electroless"
0.5 % saccharin 6 % saccharin 12 % saccharin0 % saccharin
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2. Les nanostructures: exemple 2 - nanostructures d'Au
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
fonction de la morphologie
M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler, L. Philippe, Langmuir 2010, 26, 14364.
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3. Le potentiel industriel: senseurs chimiques "ultra"
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
EXEMPLE: identification de colorants dans des tableaux
chromatographie:mm de matière
Raman exalté:25 μm de matière
ciel plat, non-fini ??le reste du tableau est très travaillé !!
“For to Be a Farmer’s Boy”Winslow Homer, 1887
pigment = "Indian purple"
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3. Le potentiel industriel: senseurs chimiques "ultra"
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
• chimie (monitoring en temps réel de réactions catalytiques hétérogènes)
• criminologie• environnement• pharma et clinique• ...
ANALYSE de TRACES
=> un seul produit commercial
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3. Le potentiel industriel: capacités et savoir-faire EIA-FR
"NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG"EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012
P. Brodard, M. Bechelany, L. Philippe and J. MichlerJournal of Raman Spectroscopy, 43, 2012, 745. J. Elias, M. Gisowska, P. Brodard, R. Widmer, Y. de Hazan, T. Graule, J. Michler and L. PhilippeNanotechnology, 23, 2012, 255705. M. Bechelany, J. Elias, P. Brodard, J. Michler and L. PhilippeThin Solid Films, 520, 2012, 1895. M. Bechelany, J. Elias, J. Hankache, P. Brodard, L. Philippe and J. MichlerAdvanced Materials Research, 324, 2011, 125. J. Elias, P. Brodard, M. G. C. Vernooij, J. Michler and L. PhilippeElectrochimica Acta, 56, 2011, 1485. R. Ghisleni, J. Liu, R. Raghavan, P. Brodard, A. Lugstein, K. Wasmer and J. MichlerPhilosophical Magazine, 91, 2011, 1286. A. Dabirian, S. Harada, Y. Kuzminykh, S. Cosmin Sandu, E. Wagner, G. Benvenuti, P. Brodard, S. Rushworth, P. Muralt and P. HoffmannJournal of The Electrochemical Society, 158 (2), 2011, D72. A. Dabirian, Y. Kuzminykh, S. Cosmin Sandu, S. Harada, E. Wagner, P. Brodard, G. Benvenuti, S. Rushworth, P. Muralt and P. HoffmannCrystal Growth & Design, 11, 2011, 203. P. Brodard, M. Bechelany, L. Philippe and J. MichlerAIP Conference Proceedings, 1267, 2010, 245. P. Brodard, M. Bechelany, J. Elias, L. Philippe and J. MichlerAIP Conference Proceedings, 1267, 2010, 970. M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler and L. PhilippeLangmuir, 26, 2010, 14364. M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe and J. MichlerNanotechnology, 20, 2009, 455302.