1. Nano ? Une question de taille ou de nombre ?
du grec «nannos» qui signifie nain
20 ans d’histoire “nano” à travers
celle du nanotube de carbone
Richard Martel
Département de chimie, Université de Montréal
100 000 000 nm
5 000 000 nm
7 000 nm 1 nm
1 700 000 000 nm
r.martel@umontreal.ca
(70 kg) (500 g) ~15 mg 10-10 g
10-18 g
1 g en nombre:
7x10-4
~0.005
70
1010
1018
Note:
1 mole (~6x1023 molécules) d’eau : 18 g
Age de l’univers: 13,7 Ga = 4x1017 secondes
Histoire en bref du phénomène “nano”
Histoire en bref du phénomène “nano”
• 1959 : R. Feynman donne une conférence sur sa vision de la
Richard Feynman
miniaturisation et devient le visionnaire de l’ère nanotechnologique
Célèbre discours de 1959…
« There's Plenty of Room at the Bottom » • 1981 : Invention du microscope à effet tunnel (STM)
(1918-1988)
(Binning et Rohrer de IBM Zurich (Nobel, 1986)
Le prix Feynman: • 1983 : Effet quantique dans les nanocristaux (Brus - Bell Labs)
• 1985 : Découverte des C60 par Curl, Kroto et Smalley (Nobel, 1996)
« It is my intention to offer a prize of $1,000 to the first guy
• 1990 : Découverte des nanotubes de carbone par Iijima (NEC, Japon)
who can take the information on the page of a book and put it
on an area 1/25,000 smaller in linear scale in such manner • 1999 : Révision de la loi de Moore (microélectronique)
that it can be read by an electron microscope. • 2004 : Mesure du graphène par Geim et Novolelov (Nobel 2010)
I do not expect that such prize will have to wait very long for
En 1985, Tom Newman, un étudiant au doctorat du Stanford U. a pu reproduite une
claimants. » version réduite à 1/25,000 le premier paragraphe de A Tale of Two Cities (Charles
Dickens), ce qui lui a permis de ramasser le fameux 1000$ de Feynman.
C’est l’équivalent d’écrire l’encyclopédie Britannique sur la
pointe d’une aiguille
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2. Histoire en bref du phénomène “nano”
Du xenon sur une surface de nickel (110)
April 1990: Eigler à IBM Research - Almaden Research Center, San Jose, Californie.
Histoire en bref du phénomène “nano”
20 ans d’histoire “nano” à travers
le nanotube de carbone
Investissement cumulatif du NNI depuis 2001 est de $14 miliards.
Pour 2011 le budget de NNI est de $1.8 miliards
Le nanotube de carbone est pour le “nano” ce que la drosophile a déjà été en biologie
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3. Histoire en bref du phénomène “nano”
Histoire en bref du phénomène “nano”
Publications avec « Nanotechnology » dans le Science Citation Index
M. C. Roco, C. A. Mirkin and M. C. Hersam, Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020, Springer 2010.
M. C. Roco, C. A. Mirkin and M. C. Hersam, Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020, Springer 2010.
Les nanotechnologies sont maintenant partout !
Perspective économique de Histoire en bref du phénomène “nano”
Aujourd’hui : 3 000 000 000 bits = 3 Giga bits !
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4. Perspective économique de Histoire en bref du phénomène “nano”
La solution est dans les « nano » ?
US NNI
Perspective scientifique de Histoire en bref du phénomène “nano”
L’art de faire des nanomatériaux
M. C. Roco, C. A. Mirkin and M. C. Hersam, Nanotechnology Research Directions for Societal Needs in 2020, Springer 2010.
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5. L’art de faire des nanomatériaux
Propriétés structurales
(chiralité)
Structure du nanotube vs. structure électronique
Structure microscopie (par Iijima)
MWNT DWNT MWNT amas de
SWNT
Semi-conducteur
Metallique
Semi-conducteur
m = n: metallic
Double-parois
m - n = 3i, i=integer: metallic
SWNT
m - n = 3i : semiconducting
SWNH
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6. Nanotubes de carbone: propriétés physiques exceptionnelles
Recherche sur les nanotubes de carbone
Tout le carbone
Nombre de publications
Conductivités du SWNT
nanotubes
Thermique: 6600 Wm-1K-1
Électrique: 104 S cm-1
Densité de courant ~ 109A/cm2
graphène
Année
“Carbon nanotubes have low density, high strength, and very high electrical
and thermal conductivity. Thus, one can design with CNT multifunctional
materials for a host of applications. . »
R. Saito, G. Dresselhaus et M.S. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes, Imperial College Press
Synthèse / Croissance des nanotubes Synthèse / Croissance des nanotubes
différents substrats et formes possibles
H. Dai, Acc. Chem. Res., 2002
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7. Groupe Martel – manipulation chimique des nanotubes
SWNT Device Processing
Solubilisation
Random networks
Random networks
Assemblage
Déposition
Aligned Networks
Aligned Networks
Films métalliques
Films semi-conducteurs
Films métalliques
Films semi-conducteurs
Aussi intéressants pour les propriétés mécaniques
Nanotube Electroluminescence:
Transistors à effet de champ:
MWNT
harmonique du
fondamentale deuxième ordre
Couches transparentes mais conductives et flexibles :
Diodes lumineuse avec des Nanotubes
images SEM de résonance due à un champ électrique
module de Young ~ 1 TPa !
Ruoff et al., C.R. Physique, 2003
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8. Recherche pour leur utilité dans les composites
Les nanomatériaux vs. enjeux de notre société
Environment
Santé
Économie
Énergie
Les nanotubes comme exemple de
recherche de matériaux aux services des technologies
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