Quelques expériences sur les nanomatériaux

Aujourd'hui, séance de Travaux Pratiques

Faites la connaissance des nanoparticules d'or,
de surfaces super-hydrophobes et d'un ferrofluide. 

Des nanoparticules d'or:

 

Contrairement aux colorants ou aux pigments, la couleur des nanoparticules n’est pas due à l’absorption mais à un autre phénomène physique: la diffusion. La couleur d’une solution change donc avec la taille et la forme des nanoparticules. 

 

 Ainsi, pour des particules de très petites (de l'ordre de 400nm), une solution de nanoparticules  est plutôt bleue, alors qu'elle devient rouge si les particules sont plus grosses (de l'ordre de 800nm).

   

 

Nous avons synthétisé des nanoparticules d'or,
en ajoutant du citrate de sodium à une solution d’acide chloraurique chaude.

Au cours de la transformation, nous avons vu notre solution changer de couleur: l’acide chloraurique et jaune. Quand on ajoute le citrate de sodium, il devient immédiatement transparent. Au bout de quelques instants, il devient gris (ou violacé), puis petit à petit rouge rubis.

Comment être sûrs que nos particules sont bien nanométriques?

Lorsqu’un faisceau de lumière rencontre un objet de très petite dimension devant sa longueur d’onde, une partie de la lumière reçue par l’objet est diffusée dans toutes les directions, c’est l’effet Tyndall. Le trajet de la lumière est alors révélé. Cet effet permet à l’aide d’un simple pointeur laser, de détecter la présence de particules dans une solution et de différencier une solution (mélange homogène de substances dissoutes dans un liquide) d’un colloïde (mélange stable dans le temps d’objets solides dans un liquide). Si les particules sont nanométriques, elles formeront une suspension colloïdale, et nous verrons le trajet de la lumière laser.

l'expérience témoin (solution non colloïdale)

Une suspension colloïdale,

... et notre solution de nanoparticules d'or.

pas si mal, non?

Une surface superhydrophobe:

La feuille de lotus, comme plus de 200 plantes est super-hydrophobe : posées sur elle, les gouttes d'eau restent presque sphériques, elles n’accrochent pas à la surface, ce qui la rend imperméable.

  

Les surfaces superhydrophobes possèdent des granulosités de taille nanoscopique : la goutte d’eau ne touche presque pas la surface.

 Nous avons testé l'hydrophobie de différentes surfaces: plastique, bois, verre, métaux ...

Nous avons mesuré l'angle que forment les bords d'une goutte d'eau posée sur cette surface. Plus la goutte est ronde, plus la surface est hydrophobe.

Nous avons ainsi montré que le Teflon est uns surface superhydrophobe: c'est pour cela que les poêles en Teflon n'attachant pas. Mais il est très facile de fabriquer une surface superhydrophobe: pour cela, il suffit de recouvrir une plaque de verre d’une couche uniforme de suie à l’aide d’une flamme de briquet. Si on dépose une goutte d'eau dessus, elle reste toute ronde et part en roulant!

Un ferrofluide:

Un ferrofluide est un liquide qui devient magnétique en présence d’un champ magnétique. Ce liquide est attiré par les aimants,exactement comme un morceau de fer. Si le champ magnétique est suffisant, il se hérisse de pointes qui changent de forme selon la position de l’aimant.


Pour synthétiser un ferrofluide, nous avons versé goutte à goutte une solution d'ammoniaque dans une solution constitués d'un mélange de chlorure de fer(II) de chlorure de fer(III) acide.

Notre fluide était bien attiré par un aimant,  mais nous n'avons pas réussi à voir les pointes se hérisser en présence d'un aimant très fort (comme sur la photo ci-dessus). 

Nous espérons que ces expériences vous ont autant plu qu'à nous.