Colloidal design of nanoparticles and hierarchical nanostructures - Archive ouverte HAL
Hdr Année : 2023

Colloidal design of nanoparticles and hierarchical nanostructures

Synthèse colloïdale de nanoparticules et de nanostructures

Cyrille Hamon

Résumé

Future developments in nanotechnology require the complex arrangements of nano-sized objects at a reasonable cost. Although less established than other manufacturing standards, approaches based on colloidal nanoparticles (NPs) are cost-effective and go beyond intrinsic limitation of lithographic methods. Plasmonic nanoparticles (Au, Ag) are used here as building blocks because they can support light-driven collective electron oscillations, known as localized surface plasmon resonance. Interestingly, the crystallinity of such NPs can be well controlled and can often form complex three-dimensional structure with nanometric precision on the interparticle distance, so called supercrystals. Moreover, various self-assembly approaches can produce a large variety of new plasmonic nanostructures with a minimal synthetic effort. A large range of plasmonic response can be obtained depending on the orientation and nanostructuration of the NPs. For instance, plasmon coupling can take place when AuNPs enter into proximity, resulting in amplified electromagnetic fields at the junction between NPs, the enhancement being more intense as the distance decreases. Devising colloidal plasmonic materials is a highly transverse field that should be seen from an interdisciplinary perspective. Besides the rich physics associated with the optical response (e.g. heat generation, carrier recombination), the nanoparticles are prepared by wet chemical approaches and stabilized by a soft corona of ligands giving properties like solvation, colloidal stability, surface chemistry and often tunable interaction. Depending on the technique used to assemble the nanoparticles, other field of physics should be taken into account such as wetting, capillary flows and so forth. This manuscript presents efforts towards shaping plasmonic NPs as well as controlling their arrangement at different length scale.
Les développements de demain en nanotechnologie nécessitent des arrangements complexes d'objets de taille nanométrique à un coût raisonnable. Bien que moins établies que d'autres méthodes de fabrication, les approches basées sur les nanoparticules (NPs) colloïdales dépassent les limites intrinsèques des méthodes lithographiques. Les nanoparticules plasmoniques (Au, Ag) sont utilisées ici comme bloc élémentaire car elles présentent des propriétés optiques originales, connues sous le nom de résonance plasmon de surface. La cristallinité de ces NPs peut être bien contrôlée et celles-ci peuvent former des édifices tridimensionnels complexes avec une précision nanométrique sur la distance interparticulaire, appelés supercristaux. En outre, le matériau peut être façonné pour induire de nouvelles propriétés plasmoniques avec un effort de synthèse minimal. Une large gamme de réponse optique peut être obtenue en fonction de l'orientation et de l’arrangement des NPs. La conception de matériaux plasmoniques colloïdaux est un domaine interdisciplinaire qui doit être envisagé selon une perspective transverse. Outre la physique associée à la réponse optique (génération de chaleur, exaltation de signaux optique…), les nanoparticules sont préparées par des approches chimiques et stabilisées par une couronne de ligands donnant des propriétés comme la solvatation ou bien encore la stabilité colloïdale et dont la chimie de surface régit les interactions. Selon la technique utilisée pour assembler les nanoparticules, d'autres domaines de la physique doivent être pris en compte tels que le mouillage, l’évaporation, etc. Ce manuscrit présente les efforts déployés ces cinq dernières années pour façonner les NPs plasmoniques et pour contrôler leur arrangement à différentes échelles spatiales.
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Dates et versions

tel-04700011 , version 1 (17-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04700011 , version 1

Citer

Cyrille Hamon. Colloidal design of nanoparticles and hierarchical nanostructures. Chemical Sciences. Université Paris-Saclay, 2023. ⟨tel-04700011⟩
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