Rubrique : Les procédés chimiques d’élaboration des nanoparticules
Quelques considérations générales s’appliquent à ces procédés chimiques : la synthèse peut s’opérer en phase solide, liquide ou gazeuse ; les synthèses en phase liquide ou solide demandent des quantités importantes de réactifs et de produits ; enfin, en phase gazeuse, la production de nanopoudres est faible et dispersée dans un grand volume de gaz. Les grandes productivités sont donc difficiles à atteindre.
Les procédés chimiques sont les suivants :
* les réactions en phase vapeur. Le procédé CVD (Chemical Vapor Deposition) repose sur une réaction chimique entre un composé volatil du matériau à déposer et la surface du substrat à recouvrir. Elle peut être activée par un chauffage du substrat (CVD thermique) ou par l’action d’un plasma électrique (CVD assistée plasma). Le procédé est mis en œuvre dans une chambre de dépôt, généralement sous pression réduite.
Cette technique permet d’élaborer des couches minces de matériaux de natures très diverses (carbures, nitrures, oxydes, alliages métalliques, etc.). Elle permet également la synthèse de masse de nano-objets tels que des nanotubes de carbone ;
* les réactions en milieu liquide. La synthèse en milieu liquide est réalisée à partir de la mise en solution de réactifs qui vont conduire à la formation des nanoparticules, dont la taille est contrôlée par l’utilisation de surfactants ou en réalisant la réaction à l’intérieur de nanoréacteurs. Ce procédé permet d’obtenir des quantités industrielles de nanopoudres ;
* les techniques sol-gel. Elles permettent de produire en conditions industrielles des nanomatériaux à partir de solutions d’alkoxydes ou de solutions colloïdales. Les matériaux sont élaborés sous forme de monolithes, de nanopigments cristallisés ou de couches minces. Ce sont des techniques fondées sur des réactions de polymérisation inorganiques. Les techniques sol-gel sont utilisées dans de nombreux domaines : optique, magnétique, électronique, supraconducteurs à haute température, catalyseurs, et plus particulièrement céramiques inorganiques et matériaux en verre, matériaux amorphes et nanostructurés, oxydes multicomposés ;
* les réactions en milieu solide. De nombreux procédés de synthèse reposent sur les transformations à l’état solide, comme l’obtention d’oxydes mixtes à partir de poudres (nanométriques) des oxydes purs correspondant (Y2Ti2O7 à partir d’Y2O3 et Ti02), ou bien par réaction sur des sites spécifiques, comme Fe2O3 au sein d’une matrice polymère. Tous ces procédés sont toutefois peu productifs et ne permettent d’obtenir que des quantités limitées de produits. Ils sont donc aujourd’hui limités aux activités de développement ;
* les fluides supercritiques avec réaction chimique. Les procédés utilisant les fluides supercritiques (CO2 ou eau avec réaction chimique) permettent d’ajuster continûment les propriétés physico-chimiques du milieu réactionnel sur une grande échelle par ajustement des paramètres pression et température sur de petites échelles. La maîtrise des propriétés physico-chimiques du milieu permet alors de contrôler la réaction chimique et ainsi l’élaboration du matériau. Ces procédés permettent la synthèse de matériaux inorganiques finement divisés, comme les métaux, les oxydes et les nitrures. Néanmoins, leur faible productivité les cantonne actuellement aux activités de développement.
