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Les nanostructures et la spectroscopie Raman: senseurs chimiques ultrasensibles

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

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Les nanostructures et la spectroscopie Raman: senseurs chimiques ultrasensibles

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Presentation Transcript

  1. Prof. Pierre BRODARD Les nanostructures et la spectroscopie Raman:senseurs chimiques ultrasensibles

  2. "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  diffusion Raman exaltée en surface  exemples concrets 3. Le potentiel industriel  senseurs chimiques ultrasensibles  équipement et savoir-faire à Fribourg Prof. Pierre BRODARD

  3. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman Chandrasekhara Venkata Raman (physicien indien) "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. Prix Nobel de physique 1930 Prof. Pierre BRODARD

  4. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman:potentiel et utilité intensité énergie - 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) Prof. Pierre BRODARD

  5. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman:exemple d'application (PLA) 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) "PLA degradation depending on pH and temperature over time" Jérémy Salvi & Elia Kilcher, travail pratique de Master 2012, EIA-FR Prof. Pierre BRODARD

  6. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman:exemple d'application (PLA) Tests mécaniques de traction (élasticité) Spectroscopie Raman (structure) Résultats: - paramètre principal de la dégradation: temperature - pH accélère la dépolymérisation,mais ne peut pas l'initier "PLA degradation depending on pH and temperature over time" Jérémy Salvi & Elia Kilcher, travail pratique de Master 2012, EIA-FR Prof. Pierre BRODARD

  7. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman:montage expérimental détecteur séparer les pics échantillon source d'excitation RAMAN: phénomène de diffusion chocs inélastiques photons - molécules Prof. Pierre BRODARD

  8. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 1. La spectroscopie Raman:principe physique n2 n1 S1 n0 Rayleigh états virtuels Stokes Anti-Stokes laser E=hn0 n2 n1 n0 S0 Rayleigh élastique anti-Stokes inélastique Stokes inélastique énergie [cm-1] n0 - nvib n0 + nvib Prof. Pierre BRODARD

  9. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 2. Les nanostructures:diffusion Raman exaltée nanostructures métalliques excitation d'un plasmon de surface localisé sur des nanostructures laser exaltation du signal Raman des composés adsorbés sur ces nanostructures (nanoparticules) métalliques Exaltation jusqu'à un facteur 1010 !!! phénomène résonant: lRES - 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 Prof. Pierre BRODARD

  10. + HDMS hydrophobique + toluène dissolution PS + Ag2SO4 électrodéposition annealing optionnel spin-coating "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 2. Les nanostructures:exemple 1 - nanostructures d'Ag • contrôle de: • taille (temps) • écart (diamètre PS) • cristallinité (annealing) 2D cristal colloidal M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe, J. Michler, Nanotechnology 2009, 20, 455302. Prof. Pierre BRODARD

  11. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 2. Les nanostructures:exemple 1 - nanostructures d'Ag Crystal Violet  exaltation massive  effet "anneau" supplémentaire M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe, J. Michler, Nanotechnology 2009, 20, 455302. Prof. Pierre BRODARD

  12. + NaAuCl4 déposition "electroless" 0 % saccharin 0.5 % saccharin 6 % saccharin 12 % saccharin "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 2. Les nanostructures:exemple 2 - nanostructures d'Au forme complexes obtenues par ajout de saccharine M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler, L. Philippe, Langmuir 2010, 26, 14364. Prof. Pierre BRODARD

  13. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 2. Les nanostructures:exemple 2 - nanostructures d'Au  fonction de la morphologie M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler, L. Philippe, Langmuir 2010, 26, 14364. Prof. Pierre BRODARD

  14. pigment = "Indian purple" "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 3. Le potentiel industriel:senseurs chimiques "ultra" EXEMPLE: identification de colorants dans des tableaux “For to Be a Farmer’s Boy” Winslow Homer, 1887 chromatographie: mm de matière ciel plat, non-fini ?? le reste du tableau est très travaillé !! Raman exalté: 25 μm de matière Prof. Pierre BRODARD

  15. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 3. Le potentiel industriel:senseurs chimiques "ultra" ANALYSE de TRACES • chimie (monitoring en temps réel de réactions catalytiques hétérogènes) • criminologie • environnement • pharma et clinique • ... => un seul produit commercial Prof. Pierre BRODARD

  16. "NANOTECHNOLOGIE À FRIBOURG" EIA-FR, Fribourg, 04.07.2012 3. Le potentiel industriel: capacités et savoir-faire EIA-FR P. Brodard, M. Bechelany, L. Philippe and J. Michler Journal of Raman Spectroscopy, 43,2012, 745. J. Elias, M. Gisowska, P. Brodard, R. Widmer, Y. de Hazan, T. Graule, J. Michler and L. Philippe Nanotechnology, 23,2012, 255705. M. Bechelany, J. Elias, P. Brodard, J. Michler and L. Philippe Thin Solid Films, 520,2012, 1895. M. Bechelany, J. Elias, J. Hankache, P. Brodard, L. Philippe and J. Michler Advanced Materials Research, 324,2011, 125. J. Elias, P. Brodard, M. G. C. Vernooij, J. Michler and L. Philippe Electrochimica Acta, 56, 2011, 1485. R. Ghisleni, J. Liu, R. Raghavan, P. Brodard, A. Lugstein, K. Wasmer and J. Michler Philosophical 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. Hoffmann Journal 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. Hoffmann Crystal Growth & Design, 11, 2011, 203. P. Brodard, M. Bechelany, L. Philippe and J. Michler AIP Conference Proceedings, 1267, 2010, 245. P. Brodard, M. Bechelany, J. Elias, L. Philippe and J. Michler AIP Conference Proceedings, 1267, 2010, 970. M. Bechelany, P. Brodard, J. Elias, A. Brioude, J. Michler and L. Philippe Langmuir, 26,2010, 14364. M. Bechelany, P. Brodard, L. Philippe and J. Michler Nanotechnology, 20,2009,455302. Prof. Pierre BRODARD

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