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Richard Martel – 20 ans d’histoire « nano » à travers celle du nanotube de carbone

1  sur  8
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




                                                                                                                                                                   1
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	





                                                                                                                                                                                           2
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 !




                                                                                                                                                                                                                                                                                3
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.	





                                                                                                                                                                                                          4
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




                                                                                                                                        5
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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  • 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 1
  • 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 2
  • 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 ! 3
  • 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. 4
  • 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 5
  • 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 6
  • 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 7
  • 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 8