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Des films de tensioactifs pour construire des nanostructures

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Le développement de matériaux et de composants nanostructurés connaît aujourd'hui un essor considérable en raison des propriétés particulières (physiques ou chimiques, miniaturisation, stockage de l'information) de ces objets. Cependant la réalisation de ces nanostructures est délicate, la première difficulté étant de manipuler la matière à l'échelle moléculaire.

Les chercheurs du CEA/DRECAM11 ont réussi récemment à insérer dans des films de tensioactifs (par exemple la paroi d'une bulle de savon) de grosses molécules (protéines solubles) ou des complexes hydrophiles (formés de protéines membranaires). Parallèlement, pour remédier à la fragilité de ces films, ils sont parvenus pour la première fois à les transférer, tout en préservant leur structure, à la surface d'un cristal de silicium. Ce procédé, par son originalité, ouvre de nouvelles voies de recherche et développement pour la réalisation de couches minces actives à la base de nombreuses applications (capteurs en chimie-biologie, sources émettrices de champ électrique, transducteurs, fibres de haute résistance ou dispositifs nanoélectroniques).

Les chercheurs du CEA/DRECAM ont utilisé les potentialités d'organisation de la matière dans la couche extrêmement fine constituant un film de tensioactifs, ces molécules agissant sur la tension superficielle de l'eau, comme le font les savons ou les détergents. Après drainage de la totalité de l'eau, la paroi forme un film libre bi-moléculaire tensioactif, appelé aussi film noir car son épaisseur moléculaire ne lui permet plus de réfléchir la lumière (ce film reste transparent). Le fort potentiel d'auto-organisation de ces films permet, grâce à l'insertion de nanoparticules, la construction d'assemblages aux propriétés variées.

Les chercheurs du CEA/DRECAM ont récemment montré qu'il était possible, à l'aide d'un deuxième tensioactif, d'insérer des protéines solubles (ou insolubles, comme les protéines membranaires) au sein d'un film noir. Les chercheurs tentent actuellement d'appliquer ces méthodes aux nanoparticules (nanotubes, fullerènes, particules d'argent ou encore agrégats d'or ou de silice).

Transfert de films auto assemblés sur des substrats solides

La difficulté majeure réside dans la fragilité de ces films (on peut imaginer une bulle de savon). Si l'on veut envisager des applications comme la réalisation d'un capteur, il faut pouvoir conserver le film organisé, une voie étant de le déposer sur des supports solides. Les chercheurs du CEA/DRECAM ont réussi pour la première fois à transférer un film noir, sans en altérer la structure, sur la surface d'un cristal de silicium.

La figure montre le principe du transfert de film :

a) Le dispositif est enfermé dans une cellule de verre remplie d'une solution maintenant une atmosphère saturée. Une plaque poreuse, pour permettre le drainage du film, percée en son centre pour l'injection d'air, sert de support à la bulle initiale.
b) Après drainage de l'eau, le film constituant la bulle devient un film noir. Une plaque de silicium hydrophobe est alors lentement abaissée jusqu'à effleurer le sommet du film.
c) Le film noir adhère à la surface de silicium.

Transfert de films auto assemblés sur des substrats solides Crédits : http://www.cea.fr

La caractérisation par rayons X et AFM montre la bonne qualité du film ainsi transféré. Ce résultat fait l'objet d'une publication dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

Note :

1 CEA DRECAM - Département de recherche sur l'état condensé, les atomes et les molécules

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