Qu'est-ce qu'une nanoparticule ?

Proportion des atomes de surface relativement aux atomes d'arêtes et de coin, à mesure que le diamètre de la particule croît.

C’est un assemblage d’atomes dont la taille est de l’ordre du nanomètre dans les trois directions de l’espace : 1 nm = 10-9m, soit un milliardième de mètre. Par extension, on parle de nanoparticules lorsque celles-ci ont une taille comprise entre le nanomètre et la centaine de nm. Ces nanoparticules contiennent donc un nombre fini d’atomes allant d’une cinquantaine pour une particule de 1 nm à plusieurs millions pour une particule de 100 nm.

Plus une particule est petite, plus le rapport entre le nombre d’atomes de sa surface et ceux présents dans son volume est grand. En effet, ce rapport varie en 1/r, r étant le rayon de la particule (voir figure). De plus, la distance entre les atomes d’or dans une nanoparticule peut diminuer jusqu’à  15 % par rapport à l’or massif. A l’échelle des nanoparticules, les propriétés physiques des matériaux qui les constituent varient en fonction de ce rapport et sont souvent très différentes de celles des matériaux massifs.

Modèle de nanoparticule d'or

Des propriétés remarquables

 

Dans le cas de l’or, la taille des particules a un effet remarquable sur leur réactivité. En effet, s’il est inerte à l’état massif, l’or peut devenir extrêmement réactif sous la forme de particules nanométriques, explique Catherine Louis, directrice de recherche au LRS (Sorbonne Université) (voir la section catalyse). La taille des particules a aussi un effet sur les propriétés physiques du métal. Par exemple, alors que l’or massif fond à 1063°C, une nanoparticule d’or mesurant 2.5 nm de diamètre fond à 300°C ! 

Trois flacons contenant des nanoparticules d'or en suspension. Les formes des nanoparticules sont différentes (nanosphère de 15 nm et nanobâtonnets), ce qui confère aux solutions des couleurs différentes. (Copyrights O. Pluchery)

De même, les propriétés optiques (l’interaction rayonnement/matière) de l’or sont altérées, ce qui se traduit par un changement de couleur des nanoparticules d’or en fonction de leurs tailles et de leurs formes ! (voir la section plasmonique)


Pour aller plus loin

  • Nanoparticules d'or. Dossier spécial (16 pages) paru dans le magazine l'Actualité Chimique, n°425, Janvier 2018.