Les propriétés physiques des nanomatériaux dépendent de leur taille. En fonction du domaine d'application, il est donc essentiel d'avoir la distribution de taille la plus étroite et la plus exacte possible afin d'obtenir des nanoparticules avec des propriétés définies. Ces dernières années, la synthèse assistée par micro-ondes s'est imposée comme un moyen moderne de produire différents nanomatériaux afin d'influencer efficacement à la fois la distribution des tailles et les propriétés des matériaux. En utilisant l'irradiation micro-ondes, il est possible de synthétiser des nanoparticules avec un contrôle exact des paramètres en peu de temps et également de modifier les propriétés des particules et la taille des particules selon les besoins. Les domaines d'application de ces nanoparticules produites vont des utilisations médicales (systèmes d'administration de médicaments, formulations) à leur utilisation dans de nombreuses industries, c'est-à-dire la fabrication de véhicules (revêtements, pare-brise, stockage d'énergie), les cosmétiques (protection solaire, shampooing, dentifrice), la production textile (vêtements d'extérieur, chaussures) et les électroniques (cartes de circuit, cellules solaires, les DELs, écrans tactiles). Dans ce dernier domaine d'application, les points quantiques (QD) sont souvent au centre des recherches.
Une synthèse par micro-ondes peut modifier les propriétés physiques des nanoparticules
Introduction
Points quantiques
Le groupe dirigé par le professeur Kappe au laboratoire Christian Doppler de chimie des micro-ondes à l'université Karl-Franzens de Graz a étudié la synthèse de points quantiques photoluminescents monodispersés « sur mesure » en CdSe composés de dioxyde de sélénium et de différents complexes de cadmium. Lors de la synthèse à 240 °C pendant cinq minutes dans un Monowave 300 , le moment exact de l'ajout d'acide oléique a été varié afin d'influencer l'expansion sphérique et l'agglomération des nanoparticules. (L'agglomération est le regroupement de plusieurs particules pour former une unité plus grande qui peut être décomposée par dispersion.) Par la suite, la distribution de taille des particules a été déterminée en utilisant la diffusion des rayons X à petit angle (SAXSess mc2). Il était possible d'influencer la distribution de taille des points quantiques dans la plage de 0,5 nm à 4 nm via les complexes de cadmium choisis et le moment auquel l'acide oléique a été ajouté. Cela entraîne également un décalage dans le spectre des couleurs, ce qui signifie que la photoluminescence des particules produites varie du vert-jaune au orange-rouge. Cela permet donc la production de points quantiques brillants individuellement (par exemple, pour la fabrication de LED).
Points quantiques avec une émission progressivement dégradée du violet au rouge profond Source
Comme le montrent d'autres groupes de travail en Allemagne et aux États-Unis, ces protocoles de synthèse de QD peuvent être facilement mis à l'échelle, ce qui signifie que la production assistée par micro-ondes est également possible à des échelles plus grandes (jusqu'à plusieurs dizaines de grammes). Cela rend la méthode intéressante pour l'industrie et pas seulement limitée aux laboratoires de recherche. Les deux instruments de synthèse par micro-ondes, Monowave 300 et Masterwave BTR d'Anton Paar, permettent d'augmenter facilement le rendement de grammes à kilogrammes. Un grand avantage est que le même protocole de synthèse peut être utilisé dans les deux instruments, car l'un des paramètres les plus importants – la température – est mesuré exactement dans les deux instruments. Seul le poids de l'échantillon change, dépendant si le rendement sera en grammes ou en kilogrammes par jour.
Monowave 300 & Masterwave BTR
Avantages de la synthèse micro-ondes
Les temps de réaction courts, rendus possibles grâce à l'irradiation micro-ondes, simplifient considérablement la production de nanomatériaux. Les réacteurs à micro-ondes permettent un accès facile à des températures et des pressions élevées qui ne sont obtenues que dans des autoclaves spéciaux, difficiles à manipuler, sur une longue période. Des synthèses hydrothermales spéciales à des températures bien supérieures à 200 °C peuvent être réalisées en une fraction du temps. La taille et la morphologie des nanoparticules peuvent être significativement affectées par de petits changements dans les conditions de réaction. Pour cette raison, les mesures de température et le contrôle de la pression qui sont aussi exacts que possible sont des propriétés importantes d'un réacteur à micro-ondes moderne afin qu'il fournisse des résultats reproductibles. Ceci est particulièrement important pour les applications industrielles. De plus, une température de réaction exacte est le paramètre décisif requis pour le transfert du protocole de réaction optimisé à une plus grande échelle.
