Propriétés des nanoparticules d’or
Qu’est-ce qu’une nanoparticule ?
C’est une particule de taille de l’ordre du nanomètre : 1 nm = 10-9 m, 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 : 40-50 atomes pour une particule de 1 nm à plusieurs millions d’atomes pour une particule de 100 nm.
On peut d’ores et déjà noter que d’un point de vue géométrique, la diminution de taille provoque une augmentation du rapport surface/volume puisque celui-ci varie en 1/r (4πr2/(4πr3/3)). La proportion d’atomes de surface augmente donc par rapport aux atomes de volume, à mesure que la taille des particules diminue.
Propriétés physiques
Du fait de leur nombre fini d’atomes, les nanoparticules métalliques présentent des propriétés physiques différentes de celles du métal massif :
- Leurs propriétés électroniques. sont intermédiaires entre celles d’un atome ou d’une petite molécule qui présente des états discrets d’énergie et qui relève de la chimie quantique et celle du métal massif qui lui, présente une structure de bandes et relève de la physique de l’état solide.
- Des changements de propriétés macroscopiques tels que les températures de Tamman et de fusion (cf tableau ci-dessous).
| températures | nanoparticules d’or (~2.5 nm) | or massif |
|---|---|---|
| Tammann | ~130 °C | 420 °C |
| fusion | 300 °C | 1063 °C |
Propriétés optiques
Lorsqu’une particule métallique est soumise à un champ électromagnétique dont la longueur d’onde est beaucoup plus grande que la taille des particules : λ >> Øparticules, tous les électrons libres de la bande de conduction subissent le même champ (Figure 3) et oscillent collectivement et en phase. Lorsque la fréquence de l’onde incidente correspond à la fréquence propre de ces oscillations, il se produit un phénomène de résonance, appelé résonance de plasmon de surface. Cette résonance a lieu dans le domaine du visible, seulement pour l’or, le cuivre et l’argent, d’où la coloration particulière de ces nanoparticules. Typiquement, des nanoparticules d’or de 20 nm ont une bande de résonance de plasmon à 520 nm (absorption dans le vert) et sont rouges. L’or sous forme de nanoparticules perd donc sa couleur dorée si caractéristique.
La fréquence de résonance de plasmon dépend de la nature du métal, de la taille de la particule et de sa forme ainsi que des propriétés diélectriques du substrat ou du milieu environnant et des interactions inter-particules. Il est possible de jouer sur ces différents paramètres pour faire varier la couleur des nanoparticules d’or dans tout le domaine du visible, voire de déplacer la fréquence de résonance de plasmon dans le proche infrarouge.
Figure 3 : Interaction d’une nanoparticule sphérique avec la lumière (Øparticules<<λ)
Reprinted in part with permission from K. L. Kelly et al., J. Phys. Chem. B 107 (2003) 668. Copyright (2003) American Chemical Society
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