Mic dejun de presă

"Nanomateriale CEA"

Marţi 25 martie 2003

Rezumatul

Nanomaterialele: inima nanotehnologiei

• Nanotehnologia: un efort global • O cerere industriala majore • Obiectivele de cercetare în domeniul nanomaterialelor

Nanomateriale CEA

• De ce cercetare în domeniul nanomaterialelor în CEA? • De la cercetarea de bază, pentru a transfera industriale • Un parteneriat de cercetare

Trei exemple de nanomateriale:

1 - Polimeri conductivi

• polimeri pentru polimeri conductivi • polimeri conductivi nanostructuraţi• polimeri structuraţi la scară nanometrică • efectuarea de izolare compozit-dirijor controlate la scară nanometrică

2 - Nanopulberi: de la cercetarea de bază la cercetarea Industrială • nanopulberi• procesele de producţie existente • nanopulberi de piroliza laser • către un transfer industriale

3 - Realizări de start-up Alchimer

Nanomaterialele: inima nanotehnologiei

Nanotehnologia: un efort global

Nanomaterialele sunt blocul "clădire" al progresului tehnologic venit Nanotehnologia, bazată pe cunoaştere şi stăpânirea de infinit mici (un nanometru = o miliardime dintr-un metru = 10-9m), constituie un important pentru industria de mâine. De numărul mare de aplicaţii potenţiale, nanotehnologiei va fi din ce în ce parte a vieţii noastre de zi cu zi. În cazul în care anumite pieţe sunt deja în mod clar identificate ca tehnologia informaţiei (circuite integrate, computer chips-uri, telefoane mobile ...) pentru alte sectoare, care afectează biologia de exemplu, sau tehnologii noi de energie, Outlook este încă teoretică. Mai presus de toate, de cercetare şi aplicaţii, există nanomaterialele. Ei sunt cu adevărat “cărămida de bază” la realizarea tuturor produselor industriale. Creşterea de finanţare

Mai mulţi ani a fost o creştere importantă de finanţare, în general a nanotehnologiei şi în special a nanomaterialelor, incluzînd eforturile importante făcute de către ţări, cum ar fi Statele Unite şi Japonia. Din valoarea totală a finanţării, guvernul a alocat pentru nanotehnologie în lume, aproximativ 2 miliarde de dolari în 2001.

Finanţarea publică pentru nanotehnologie

Prin stabilirea de cercetare europene, precum şi in mod specific din PCCDT6 (program cadru pentru cercetare şi dezvoltare tehnologica), Comisia Europeană a identificat că unul din cele şapte domenii nanotehnologice prioritare, şi-a alocat un buget de 1,3 miliarde €. Efortul European este aşadar de înmulţit cu 5 cu trecerea de la a-5-a la a-6-a PCCDT. În ceea ce priveşte Franţa, în cazul în care nu suferă " după raportul special din SUA, (...) înapoiere tehnologică majoră”, sunt totuşi considerate "prea timide" în raportul lansat la 21 ianuarie 2003 de către Biroul Parlamentar Ştiinţific şi Tehnic (BPŞT). Pentru a consolida eforturile sale de cercetare, Franţa a decis să ducă o politică pro-activă de tehnologie. Astfel, Claudie Haignere , ministrul delegat pentru Cercetare şi Noi Tehnologii, a anunţat la 23 ianuarie 2003 că un buget de 50 de milioane de € ar fi dedicat nanotehnologiei în 2003. O sumă de 12 milioane de € vor fi dedicaţi programului de cercetare (nanoştiinţe), 8 milioane € diseminarea către IMM-uri, şi 30 de milioane de € în dezvoltarea a patru laboratoare, laboratoare de Electronică şi Tehnologie Informaţii (Leti) a CEA.

O cerere importantă industrială

Nanomaterialele sunt materiale compuse de nanostructuri a căror mărime pot fi de ordinul a câţiva atomi. Aceste nanostructuri pot guverna proprietăţile şi comportamentul materialului în vrac. Natura produce foarte frecvent nanomateriale, indiferent dacă sunt sau nu materiale minerale, de origine biologică, cum ar fi lemn, oase, piele ... de asemenea, de timpuriu, procese industriale care au utilizat nanomaterialele. De exemplu, proprietăţile aliajelor sunt din cauza unor structuri foarte fine.

Ce este în schimbare, este abilitatea de care noi acum observăm, înţelegem, controlul unor mecanisme foarte fine implicate la nivel molecular pentru a produce structuri la scară nanometrică (nanoparticule) şi materiale în vrac nanostructurate. Capacitatea de proiectare, dezvoltare şi utilizare de materiale la scară nanometrică va fi un motor important al tehnologiei secolului XXI :

• în primul rând, cererea de companie în functie de noile produse, optimizarea produselor existente, descoperiri tehnologice în industrie, necesită dezvoltarea constantă de noi materiale.Astfel nanomaterialele sunt în amonte de toate celelalte nanotehnologii.

• în al doilea rând, o mare parte din materialele de ştiinţă ale viitorului vor trebui să se bazeze privind conceptele de nanotehnologie, deoarece materialele în structurarea la o scară nanometrică, se poate modifica foarte mult de proprietăţile lor şi pentru a îmbunătăţi şi performanţele lor, inclusiv capacitatea lor de a fi reciclate sau degradate după utilizare. Este chiar posibil pentru a crea materiale noi cu proprietăţi noi.

În ceea ce priveşte perspectivele de piaţă în 10 ani, care sunt nanomateriale, reprezintă cea mai mare parte a aplicaţiilor nanotehnologice.

În Franţa, cererea industriala a nanomaterialelor este reala. Acest lucru îl arată un studiu preliminar de către Oficiul de Marketing Studii Branch Cauta Tehnologie (DRT) din CEA la mai mult de o sută industriale franceze,inclusiv aproximativ 45 de grupuri majore. Acest studiu a identificat 8 domenii cheie de aplicare a nanomaterialelor, precum şi pentru fiecare dintre ele scadenţă, unele dintre ele sunt încă în căutare fundamentala, altele au deja produse industriale. Mai mult decât atât, pentru cererile de fiecare sector, toate părţile interesate pentru a pune în aplicare pentru satisface cererea industriale a fost identificat.

Obiectivele de cercetare în domeniul nanomaterialelor

Obiectivele de cercetare sunt de a modifica proprietăţile şi de a îmbunătăţi de performanţă a nanomaterialelor în structurarea, la scară nanometrică. Mai multe linii de cercetare :

O căutare pentru clădirile noi la scară nanometrică, nanoparticule:

Nanoparticule poate fi folosite ca nanoboîte astfel (de exemplu, pentru a transporta un drog, un nano-cristal cu proprietăţi optice special, un catalizator). EIe poate fi, de asemenea, incluse în lacuri sau tablouri (pentru a modifica proprietăţile lor optice, ....), duritate în cosmetice (pentru a modifica proprietati optice la fel ca în produsele de protecţie solară cu filtru UV), în matrice organice sau minerale a dezvolta noi electro-optice sau magnetice, sau să fie folosite drept catalizatori ...

Cercetare în domeniul materialelor nanostructurate Structuri la scară nanometrică poate fi, de asemenea, o parte din materiale în masă sau proprietăţile de acoperire pentru noi aplicaţii foarte variate. Aceste proprietăţi pot rezulta din asamblarea de cărămizi la scară nanometrică cu proprietăţi complementare. Un lucru este necesar pentru a înţelege aceste "pietrele de temelie", care le acorda un material care are proprietăţi dorite. Există două categorii, în general, de nanomateriale:

• Cele folosite pentru a pregăti materiale în vrac;

• Cele utilizate pentru suprafeţe: pentru multe aplicaţii, care contează sunt proprietăţile suprafeţelor (anti-adezive, auto-curatare, chimic active, frecare, dure, ..). În acest caz, încearcă să modifice proprietăţi de suprafaţă în structuri locale.

În cazul în care utilizarea potenţială a nanomaterialelor în obiecte de viaţa noastră de zi cu zi este

foarte importana, dar există un număr de încuietori, atât de ordin ştiinţifice şi tehnologice sau economice, care necesită cercetare:

• provocări ştiinţifice există încă la fel ca în domeniul nanoceramic, în care nu este încă păstrarea largă a proprietăţilor materialelor de nano-pulberi, care le constituie

• lipsa de maturitate sau non-reproductibilitate a unor procese de fabricaţie nanomaterialelor;

• dificultatea integrării în procese industriale existente • dificultatea de a furniza utilizatorilor, mai ales din cauza cantităţi insuficiente de produse;

• costul ridicat al acestor materiale ....

Nanomateriale CEA

De ce cercetare în domeniul nanomaterialelor în CEA?

Adresându-se nevoilor industriei, în timp ce creşterea provocările ştiinţifice şi de bariere tehnologice necesită dezvoltarea unor structurilor de cercetare de vârf. Aceste structuri vor combina cercetarea de bază şi de cercetarea tehnologiei:

• cercetare de bază pentru a dezvolta noi idei, să înţeleagă mecanismele de bază, pregătirea tehnologii de mâine,

• cercetare tehnologică pentru a găsi noi utilizări pentru a conceptelor, apariţia transforma cele mai recente progrese ştiinţifice în produse, duce rezultatele de laborator la scară pilot.

CEA combină această responsabilitate dublă:

• competenţă în cercetarea de bază, în principal în Sucursala Stiinta materialelor (DSM) şi Departamentul de Stiinte Life (DSV)

• în competenţa de cercetare de tehnologie, industrie orientată în Direcţia de Cercetare Tehnologie (DRT) şi Direcţia de Aplicaţii Militare (PZU).

În plus, CEA a fost atât o expertiză în domeniul materialelor, încă de la începuturile sale, în 1945, iar din zece ani, o expertiză în domeniul nanoştiinţelor şi a nanotehnologiilor în general.

În anul 2000, CEA a stabilit o ţintă directă "materiale", care are ca scop animate şi de a spori materialele de educaţie generală Curtea de Conturi:

• realizarea unui ceas de tehnologie de a propune soluţii a răspunde nevoilor economiei şi societăţii,

• reunind competenţe şi mijloace,

• parteneriatelor în curs de dezvoltare şi de instituire a reţelelor cu parteneri, instituţii de cercetare şi industrii.

CEA a structurat materiale sale de cercetare jurul a două axe care par deosebit de promiţătoare:

• materia "digitală": avansări în modelarea şi simularea digitală, asociate cu dezvoltarea capacităţilor de calculator, să permită acum aspecte virtuale la adresa dezvoltării şi punerea aplicare şi de predicţie a proprietatilor de material, • nanometerialele : structurarea de materiale, la o scară nanometrică pot modifica proprietăţile lor şi pentru a îmbunătăţi performanţele lor. Astăzi, activităţile de nanomaterialelor CCE sunt în principal situate în 4 centre: Saclay Essonne, Ripault aproape de Tours, Grenoble şi Valrhô în Rhone Valley.

Nanomaterialele CEA: de la cercetarea de bază, pentru a transfera Industriale

Două abordări sunt luate în considerare, care poate duce la dezvoltarea de noi produse care încorporează nanomateriale:

• de jos în sus, abordarea fundamentală este de a controla la scară nanometrică (de fabricaţie, proprietăţi, caracterizări ...) în "de a inventa" materialele de viitor şi să dezvolte noi tehnologii. • Abordarea "nano-interior" tehnologie de abordare, care implică furnizarea de modificări ale proceselor de producţie deja existente, astfel încât acestea să poate genera nanostructuri.Vorbim de "integrare".

CEA pot desfăşura împreună ambele abordări de cercetare, deoarece combină nivel foarte de bază şi dezvoltarea de pre-tehnologii industriale. Multe sunt acţiunile întreprinse la CEA, în sinergie între oameni de ştiinţă de bază şi tehnologi, după cum este ilustrat prin exemplul de mai jos a nanopulberilor.

Abordarea de bază: "de jos în sus"

Dintr-un punct de vedere fundamental, cercetarea se concentrează pe studiul fenomenelor care duc la nanostructuri de materiale şi studii influenta structurii asupra proprietăţilor lor.

Multe metode de preparare sunt dezvoltate, în funcţie de tipul de nanomaterialele aşteptate : este posibil, de exemplu, pentru a lăsa natura a face forme complexe, construirea materialelor în asamblarea cărămizilor care se face printr-o chimie, sau utilizând radiaţii pentru a sculpta materia la scară nanometrică. Acesta este, de asemenea, să înţeleagă corelaţia între structura unui material la scară nanometrică şi proprietăţile sale. Multe proprietati sunt studiate (optice, electrice, magnetice, morfologia de suprafaţă, mecanice, chimice, organice ...) pentru un număr mare de aplicaţii şi nevoi. Este o axă de cercetare dificilă, pentru că trebuie să facem, uneori, conexiunea dintre fenomene la scară moleculară şi comportamentul în întreagul material, joc între proprietăţile observate a unui nivel individual al unei molecule (sau nano-particule), sau un la nivel colectiv, care nu sunt identice.

Această cercetare multidisciplinare se bazează pe disciplinele de bază, inclusiv principale sunt:

• chimia, fizica suprafeţe solide, interacţiunea fizică materie-radiaţii utilizate pentru a intelege procesul de a crea "blocuri de constructii";

• fizica statistică, care permite înţelegerea profundă a mecanismelor de conduce la auto-organizarea de materiale, deoarece majoritatea acestui lucru duce la timp compromis subtil între forţele aleatorii şi locale;

• proprietatea de modelare induse in nanostructuri sau mici obiecte.

Această cercetare este realizată mulţumită la un set unic de resurse experimentale în Europa puse în aplicare în laborator. Astfel, flota de testare a reuniunii CCE a tuturor resurselor (umane şi instrumental) pentru a sintetiza, caracteriza şi testa proprietăţile materialelor. În plus, centre de CEA se află în apropierea instrumente principale, care sunt factori importanţi de producţie în acest program. Exemplele includ difracţie de neutroni (cu Laboratoire Léon Brillouin în Saclay şi Institutul Laue Langevin din Grenoble), precum şi radiaţii Synchrotron cu LURE (de laborator utilizarea de radiaţii electromagnetice) şi ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) la Grenoble şi, în curând Soleil în Saclay.

Abordare tehnologică: "nano-interior"

Dintr-un punct de vedere tehnologic, CEA urmăreşte să dezvolte materiale de satisfacere a proceselor industriale şi asociate compatibile cu cerinţele lor. Obiectivul este, de obicei pus la dispoziţia unei industrii la scară pilot 1.

Având în vedere analiza nevoilor industriale, Sucursala de Cercetare Tehnologie (DRT) din CEA a decis să-şi concentreze eforturile pe două axe puncte forte tehnologice care vor face posibile răspunsuri la nevoile programelor CEA :

• domeniile de viitor • nanoparticule şi nanocompozite.

Ca răspuns la suprafaţă ", cadrul DRT în prezent în acţiunea sa , prin crearea unei platforme de tehnologie pentru a face eliminare resurselor de performanţă industriale, scara 1, de dezvoltare a suprafetelor nanostructurate .

Perspectivele de viitor pentru zone:

În domeniul nanoparticulelor de inginerie, dezvoltarea de tehnologii, sinteza avansata de nanopulberi de la scară pilot (1 kg / h) este în curs de desfăşurare. În mai ales dacă abordarea comună, iniţiată de DRT şi Direcţia Stiinta materialelor (DSM) al CCE privind punerea în aplicare a unei sinteze-pilot, piroliza laser să fie funcţională la sfârşitul anului 2003. Acest instrument va avea suficient material pentru a permite luarea în considerare a demonstraţiilor, prin punerea în aplicare a obiectelor tehnologice din ceramică nanostructurate.

Perspectivele pentru nanoparticule şi compozite:

Cercetare tehnologică, de asemenea, include o abordare socială. Studiul de risc este abordat din zorii acestei industrii noi. Astfel, un proiect european "Nanosafe” îşi propune să exploreze (prin intermediul grupurilor de lucru care cuprinde producătorii, utilizatori, cercetători, ...) riscurile

potenţiale ale nanomaterialelor pentru a atinge recomandările pentru utilizarea industrială a nanoparticulelor.

Un parteneriat de cercetare

Cercetari privind nanomaterialele este o disciplina tinerş care abia începe structurile de sine.

În Franţa, în 2002, sub auspiciile Ministerului Industriei, CEA a fost iniţial o iniţiativă numită Nirva @ na. În colaborare cu CNRS şi a altor parteneri academici şi industriali, CEA a început să ţese o reţea de Franceză cu scopul de a dezvolta nanomaterialele pentru industrie. Obiectivul este de a să reunească toate părţile implicate în proiect. Multe proiecte deja finanţate de Ministerul Industriei, sunt în curs de desfăşurare.

Liderul CCE a unui centru de cercetare virtuala cu CNRS pe tehnologii nanomateriale:

Această reţea este destinată să se extindă şi să dezvolte noi contacte la nivel internaţional. De exemplu, Canada este deja construită în iniţiativa Nirva @ na, prin intermediul unor acorduri între Ministerul Industriei şi Ministerul francez De Externe al Canadei . În plus, CEA este de asemenea implicat in montarea de proiecte europene în cadrul prioritate "nanotehnologii şi nanoştiinţe, materiale multifuncţionale bazate pe cunoştinţe şi noi procese, şi dispozitive "din PC6.

Polimeri conductivi

Polimeri de polimeri conductivi

Polimeri sunt molecule mari sau macromolecule formate în asociaţie de molecule mai mici numite monomeri, în general, toate identice. Un polimer poate fi reprezentat de un şir de perle (un şir de caractere) care au fost monomeri. Materiale plastice, de exemplu, sunt compuse ale lanţurilor de polimer.

Structura moleculară a unui polimer conductiv, modelatde chimie teoretică

Pentru mai multe decenii, ştiinţa polimer a experimentat un real succes în domeniul dezvoltării de materiale care au revoluţionat viaţa de zi cu zi prin diversitatea de aplicaţii acoperite. Succesul lor industrial este în principal, la numărul de proprietăţile lor mecanice (cum ar fi de mare a acestora de flexibilitate), costul lor scăzut, uşurinţa de formatare pentru a face ... materiale. Este cea mai mare parte mare varietate de proprietăţi polimer şi, prin urmare, şi materiale asociate. Folosind aceeaşi imagine de colier de perle, poate prin de exemplu, a crea un polimer nou prin schimbarea naturii din margele sau combinaţie diferite.

Polimeri au fost toate izolante electrice până în 1977, dată de sinteza conductorului polimer în primul rând, poliacetilene. Acest progres tehnologic a deschis drumul pentru o nouă generaţie de materiale uşoare, proprietăţi conductoare şi cercetători care oferă modulare şi industria de o varietate de aplicaţii posibile. La cat de mulţi au rămas cu toate acestea, se ridică polimeri conductivi timpurii, a fost dificil de a sintetiza, fiind foarte instabile şi a pierdut în mecanica ceea ce au câştigat conductivitatea. Începând cu 90 de ani, chimişti au dezvoltat noi metode sintetice care conduc la obţinerea materialelor polimerice mai bine controlate şi o mai bună calitate.Astăzi, dezvoltarea polimerilor conducători, este o disciplină ştiinţifică de sine stătătoare ca spectacol de o parte, premiul Nobel pentru Chimie în anul 2000 a trei cercetători la locul de muncă în domeniu, precum şi multe alte aplicaţii industriale de efectuarea polimerilor conductori.

Aplicaţiile prevăzute de azi sunt extrem de numeroase ( tehnologia informaţiei, cabluri de înaltă tensiune, de protectie biosenzorilor electromagnetice ...) se bazează pe controlul a numeroase proprietăţi: electrice, optice, mecanice ... mai multe echipe de cercetare la locul de muncă în aceste domenii, de multe ori în parteneriat cu industria.

Nanostructuri polimeri conductori

Studii de dezvoltare de a conduce polimeri, la scară nanometrică, este de înţeles, dacă se consideră că parametrii de materiale polimeri că influenţa proprietăţile de conducta electrice, precum şi multe alte proprietăţi:

• natura de monomeri, care stau la baza de polimer (cu ceea ce asigură colier de perle)

• alegerea dopajului, anioni sau cationul, ceea ce contribuie la polimer conducător

Schematică eterogena al unui polimer la nivel de conducător la scară nanometrică. Conductivitatea (săgeata galbenă) este mult mai mult mai mare în piese de cristalin decat în părţile dezordonate.

• modul în care toate lanţurile de polimeri sunt aranjate în materiale. În acelaşi material, lanţuri puteau potrivi un dezordonat complet în zonele definite ca "amorf" şi o manieră foarte ordonată şi în alte domenii numite "de cristal". Dimensiunea zonelor sale şi proporţiile lor relative influenţează puternic conductivitatea materialelor (de la electronii de călătorie mai bine în zonele comandate)

Două linii principale de cercetare astăzi, director la nivel de laborator fizica sintetice fier CEA Grenoble (unitate mixtă de cercetare între CEA, CNRS şi Universitatea J. Fourier din Grenoble de polimeri conductivi nanostructurate): • structura de control la scară nanometrică, • amestecuri de polimeri: de a face amestecurile de polimeri conductori si izolatori pentru a face materiale compozite, amestecul fiind prea structurat la scară nanometrică.

Polimeri structuraţi la scară nanometrică

Acesta este de structura chimică a polimerilor pot fi controlate în întreaga nanometrie: atât structura, atat structura de monomeri (nanometri) care a ordonat cat şi regiunile dezordonate (de ordinul a zeci de nanometri). Dimensiunile si proporţiile relative ale acestor zone sunt caracterizate de microscoape pentru a "vedea" la scară atomică: microscopul de scanare tunel (STM) sau microscop atomic vigoare (AFM) .

Mai jos, două imagini STM (scanning tunneling microscop) de un film auto-organizat poli (hexylthiophene) regionale regulate (z scară de la niveluri de culoare de la 0 la 0.6Nm). Noidistingem nanocristalele, dimensiunea medie de 20 nm, separate prin zone dezordonate. Este mai uşor pentru electroni să se deplaseze în aceaşti nanocristali mergand de la un nanocristal la altul. Noi înţelegem importanţa nanostructurii din aceşti polimeri privind dreptul de proprietate asupra conductei electrice.

Pe de altă parte, proprietăţile fizice, şi inclusiv electronice, trebuie să fie studiate şi înţelese la diferite niveluri, la scară nano-materiale.

Aceste studii sunt, prin urmare, bazate pe o abordare multidisciplinară şi interacţiunea strânsă şi constantă între fizicieni şi chimişti. Sistemelor de stocare şi de prelucrare a informaţiilor sunt una dintre sectoarele de aplicare, cele mai promiţătoare, polimeri conductivi nanostructuraţi. Integrate progresiv în tehnologiilor actuale microelectronice (tehnologie de siliciu), au deschis calea pentru electronice "material plastic" şi circuite electronice "flexibil". Pe termen mai lung, în timp ce miniaturizarea tehnologiei de siliciu ar trebui să ajungă la limitele sale în termen de 15 de ani, unele amestecuri de monomeri conducători ar putea fi oferite doar ca o alternativă la tururi de siliciu. Ne poate lua în considerare, chiar folosind o singură moleculă mare, format din unele perle "conductoare" judicios ales, ca o componentă electronică de bază (moleculă diodă, un tranzistor moleculă ...) sau ca circuit integrat.

Efectuarea izolatori din materiale compozite-drivers controlate în întreaga nanometrie În cazul în care structura polimerilor la scară nanometrică, pentru a permite un control foarte fin proprietăţi electronice, aceşti polimeri nu întotdeauna satisfac cerinţele optice sau mecanice de utilizare. Pentru a optimiza în total proprietăţile materialelor, o noua linie de cercetare dezvoltate la laborator Fizica Fier sintetice: compozite polimerice obţinute de la un amestec de polimeri conductivi şi de izolare.

Într-adevăr, prin dispersarea un polimer conductiv forma o reţea ramificată o scară de la zeci de nanometri într-o matrice de polimeri materialul izolant este obţinut întotdeauna conducător ale căror proprietăţii mecanice şi optice sunt foarte apropiate de cele ale matricei de izolare. Această metodă deschide calea pentru o varietate şi mai largă de materiale şi pot răspunde la un set de cerinţe industriale.

Imagine Atomic Force microscop pentru Driver Point (CP-AFM), de o tăietură de o combinaţie de 1% în Polyaniline PMMA (Poli (metacrilat de metil)), petele intunecate corespund regiunilor conductorii care sunt secţiuni ale reţelei de polyaniline fibrilare.

În industria de automobile, de exemplu, cele compozite polimerice au un potenţial mare de dezvoltare. Într-adevăr, noile piese de caroserie in polimeri cu calităţi mecanice necesită foarte

mare stricteţe, şi sunt polimeri izolatori care îndeplinesc aceste cerinţe. Totuşi, aceste izolante, polimeri nu poate fi pictat de tehnici industriale curent, folosind un electrostatic. Polimer izolant si conductor compozit pot răspunde la această problemă a industriei.

Nanopulberi :cercetarea de bază de transfer industrial

Nanopulberi

Nanopulberi sunt pulberi a căror mărime este de ordinul a câteva zeci de nanometri.

Ele pot fi folosite în două moduri, fie sub formă de nanoparticule, sau de a dezvolta materiale:

• nanoparticulele pot, de exemplu, să fie încorporate în lacuri sau tablouri (pentru a modifica proprietăţile lor optice, ....) duritate în produsele cosmetice (pentru a modifica proprietăţile optice ca în creme UV solare-filtrare), în matrice organice sau anorganice pentru a crea noi electro-optice sau magnetice, sau pot fi utilizate ca un catalizator ...

• nanoparticulele pot servi ca materie primă pentru fabricarea de materiale în vrac sau acoperiri cu proprietăţi noi pentru aplicaţii variate. Orice muncă de formatare este necesară pentru a trece nanoparticulele în material. Există trei explicaţii majore pentru creşterea interesului pentru uz industrial de nanoparticule şi nanomateriale: 1 - a reduce dimensiunea în mod semnificativ modifică proprietăţile intrinseci ale particulelor şi materiale, deschizând calea pentru compuşii mai eficiente sau inovatoare;

2 – cu cat o particulă este mai mică, suprafaţa sa este mare în comparaţie cu volumul său. Astfel, toate interacţiunile dintre particule şi mediul său sunt exacerbate. Acesta este motivul pentru catalizatori pe bază de nanopulberi, sunt cele mai eficiente; 3 - atunci când ne trece de la micro la nano-pulberi, granule pot fi mai regulate, sferice sau cu o dispersie scăzut în dimensiune. Nanopulberile sunt bine interesante pentru dezvoltarea de materiale.

Proceselor de producţie existente

Deşi există multe metode de preparare a nanopulberi de larg de laborator, puţine dintre ele pot fi folosite în industrie. Numai metodele de debit continuu de operare, cu randament ridicat, poate atinge niveluri de producţie compatibile cu cerinţele industriei. În schimb, metodele de circuit de operare vor fi rezervate pentru laboratorul de cercetare sau de cererile de valoare adăugată ridicată. În plus, metodele industriale în prezent sunt în curs de dezvoltare bazat pe un proces de ardere, care permite pentru aceste nanopulberi de oxid.

Nanopulberi de piroliză laser

La CEA, o echipa de la Departamentul de Ştiinţe de materii prime la Saclay CEA are de mai mulţi ani, un reactor de cercetare bazat pe piroliza laser. Funcţionarea sa este prezentată în diagrama de mai jos. Produsele de bază sunt continuu injectate ca un gaz, lichid sau amestec din

ambele.În cazul în care fluxul de material întâlneşte raza laser, sinteza de nanoparticule produc.Fluxul de nanoparticule este condus de un flux de gaz inert spre exteriorul reactorului.

Acest reactor de cercetare are multe avantaje pentru un transfer industrial: • aceasta se execută în mod continuu şi permite producerea de până la aproximativ 100 g nanopulberi pe oră la scară de laborator;

• reacţia are loc numai la intersecţia fluxului de materii prime şi de întâlnire cu laser, atat de departe de pereţi. Această zonă de reacţie fără pereţi, care prevede materiale foarte proprii;

• procesul este foarte flexibil, deoarece permite materii prime, precum şi un gaz decât un lichid, deschizând calea pentru o multitudine de compoziţii produse chimice pentru nanoparticule; • se produc nanoparticule sferice, omogene, uşor şi puţin aglomerate dispersate în dimensiune şi poate ajusta caracteristicile lor (dimensiune, compoziţia chimică, cristalinitatea...), în funcţie de proprietăţile dorite.

De transfer către industrie

În 2002, în contextul transferului industrial, Departamentul de Ştiinţe Materiale, în colaborare cu Direcţia Tehnologică de Cercetare al CEA, a decis transferul de abilităţi contra platformei tehnologice situate în Saclay. Pilotul preindustrial este acum a fi asamblat. Acesta ar trebui să producă de zece ori mai mult nanopulberi de prototip până la 1 kg pe oră continuu.

Industria de instalare a driverului are trei obiective majore:

• Este prima pentru a demonstra că piroliza laser permite producţia la scară industrială şi pentru a convinge industria de beneficiile sale. • Pilot va dezvolta, de asemenea, relaţiile dintre AEC şi industrie. Mai mult pentru a le asculta, CEA poate aduce împreună toate evoluţiile tehnologiei pentru a răspunde nevoilor lor.

• Mari cantităţi produse de pilot va permite CEA să lucreze mai mult în mod eficient la următorul pas: trecerea de materiale nanopulberi nanostructurate. Nanopulberi cu caracteristici foarte electrostatice diferite de pulberi convenţionale (microni), metode specifice de punere în aplicare forma sunt necesare. O mare parte din activitatea de cercetare de formatare prin urmare, va fi dezvoltat în jurul acestui studiu pilot a nanomaterialelor şi instruit, va fi capabil să crească mai repede.

Deja de mai multe proiecte de cercetare au fost depuse, fie în limba franceză (Ministerul Industriei şi Ministerul Cercetării), la nivel european (în cadrul PC6), în parteneriat cu diverse industrii. Un proiect pe sinteza catalitică a nanoparticule de filtare noi lichid sau gaz a început: piroliza laser joacă un rol important.

Realizările de start-up Alchimer

Scurt istoric

Compania Alchimer a fost înfiinţată la 13/08/2001, spin-off de la CEA. Ea vine inclusiv cu modul de lucru al Laboratorului de chimie de suprafete si interfete (CSI) Direcţia de Ştiinţe de materii prime la CEA, în Saclay.

Acest laborator a fost îndreptat în 1998 - 2002, de către Christophe Bureau, co-fondator Alchemy cu Francis Breniaux , pentru partea lui de la Biroul de studiu de marketing Direcţia tehnologică de cercetare al CEA, în Grenoble. Activitatea a început Alchimer 4 septembrie 2001, cu un personal de 4 persoane. Forţa de muncă este în prezent de 13 persoane şi va creşte la peste 20 de persoane până în iunie 2003.

Alchimer găsit cu CEA, în aprilie 2002, un memorandum de înţelegere transformat în noiembrie 2002 la licenţă exclusivă, la 11 brevete şi un contract de vânzare drepturile de CEA pe 5 brevete de invenţie, toate purtând pe electro-altoirea de filme ecologice privind efectuarea suprafeţei şi semi-conductoare de electricitate. Alchemy a finalizat proprietatile sale intelectuale prin brevete de acordare a licenţelor exclusiv pe diferite electro-altoire de la universităţi franceze, europene şi CNRS.

CEA- a intrat in capital pentru prima dată în aprilie 2002. Un primul tur de scrutin de masă a fost finalizată în decembrie 2002, pentru € 4.8 milioane, cu capitala de intrare al AGF de capital privat, Rothschild Gestion şi SPEF de risc.

Această rundă permite companiei să se mute sediul său, la punerea în aplicare a unui plan de recrutare pentru a se asigura investiţiile în echipamente şi complete in procesul de industrializare. Profesia de Alchemy: suprafaţa functională

Alchimia este o companie care este specializată în functionarea suprafetelor.

Functionalizarea pe o suprafaţă, oferind funcţii specifice. Pentru a face acest lucru vom asocia molecule (molecule, macromolecule sau chimice, biochimice ...) care au procesele de proprietăţi specifice să le rezolvaţi pe suprafeţe, ei vor păstra proprietăţile lor. Specificitatea Alchemy este, în prezent functionala de suprafete conductoare sau semi-conductoare, inclusiv a materialelor pe bază de polimeri.

Obiectivele principale ale Alchimer sunt companii care activează pe pieţele cu o înaltă valoarea adăugată, precum şi cu nevoile de acoperiri organice a scăzut sau foarte scăzut in grosime, de obicei de la caţiva nanometri pana la un micron.

Contrar a ceea ce a fost practicat în domeniul de tratament superficial în 60-90 ani, scopul de alchimie este de a permite clientilor sai de a integra procesele de funcţionalizare a suprafeţelor sub formă de maşini, şi să le furnizeze livrarea de livrări chimice asociate garantându-le sub control de calitate, acoperiri de fabricaţie strict conforme cu specificaţiile lor. Un avantaj suplimentar este garanţia dată de proprietatea industrială puternică disponibile Alchimer de către clienţii săi.

Tehnologii în curs de elaborare de Alchimer

Alchimer extinderea afacerilor sale în jurul procesului de electro-altoire filme organice privind efectuarea suprafeţelor şi materialelor semiconductoare: folosind un potenţial electric la o suprafaţă conductoare sau semiconductoare cufundat într-un lichid care conţine link-uri din polimeri în vrac, determinând o creştere a unui film polimer la suprafaţă. Grosimea acestui film omogen, este controlată de nano-metru. Electro-altoirea este un proces similar cu galvanizare (sau galvanizare) bine cunoscute in industrie, fie în biomedicale sau micro-electronice.

Valoarea adăugată constă în Alchimer două "chei" specifice compoziţia soluţiei de electro-protocoale de sinteză şi de polarizare asociate cu depozite. Aceste două chei sunt inseparabile. Ele pot atinge altoire covalente şi de creşterea controlată a filmelor organice privind modul de suprafeţe, de la baie precursori polimerizate.

Proprietăţile tehnice ale electro-altoirei cele mai remarcabile sunt:

• obtinerea de filme subtiri (<1 μm11) şi ultra-subţiri (2 nm12 <x <100 nm), cu un control de grosime pentru nanometri, chiar şi pe suprafeţe mari; • obţinerea de ultra-pelicule de consistent, care să respecte topologia din suprafaţa iniţială chiar şi pentru forme complexe de obiecte; • obţinerea de ultra-localizare a depozitelor fără utilizarea de măşti; • posibilitatea de a furniza, atunci când alegem precursorul molecular, proprietăţile filmului organic în cele din urmă a obţinut: folosirea de flexibilitate de inginerie chimică pentru proiectarea de noi materiale cu proprietăţi specifice.

Sectoare de aplicare care fac obiectul

În prezent Alchimer aplică orientarea eforturilor sale în trei domenii: biomedicale, microelectronică şi a mediului.

Biomedicală

Proiect major al Alchemy este strat de "stenturi”, din oţel inoxidabil mici arcuri folosite în loc de chirurgie pentru efectele de tratament (stenoză) a aterosclerozei. Obiectivul tehnic este de a lua obiectul unor straturi de polimer aderente, restul de expansiune constantă, după 20 - 30 de ori diametrul său, biocompatiblile, plină de molecule active (de exemplu, anti-respingere). Obiectivul este ca aceste molecule active sunt chimic in vivo, o dată stent în vigoare în

artere, pe durate de între 2 şi 8 săptămâni. Perspectivele sunt producătorii de stenturi, care sunt în prima linie, la nivel mondial sau european. Alte teme în biomedicină: ace neurofiziologie, implanturi osoase, implanturi cohlear ...

Electronică de micro

La locul de muncă pentru Alchimer sunt în prezent unele dintre cele mai importante repere de procesoare de fabricaţie. Această activitate se desfăşoară în colaborare cu Laboratorul Electronica si Tehnologia Informatiei (leti) de CEA, în Grenoble.

Industria microelectonică furnizează procesoare regulate din ce în ce mai rapide, care rezultă la scară industrială de faimosul "Legea lui Moore." Pentru a îmbunătăţi viteza de funcţionare al unui procesor, ele sunt gravate mult mai precis: de a marca, pe procesoare, echipa computerele personale vândut de astăzi au un tipar de la 0.18 microni (180 nm) şi generaţie de la 0.13 μm (130 nm) este în proces. Procesorul in industrie furnizează la sosirea procesoarelor de la 0.09 μm, în 2006, procesor pentru a 0.065 μm în generarea următoare. După cum o arată investiţiile foarte mari recent elaborate de către ST Microelectronics, Motorola si Phillips Crolles 2 per unitate de R & D generaţie 90 nm, resurse considerabile sunt puse în practică de principalii producători de micro-procesoare pentru a atinge aceste obiective.

Perspectivă ilustrat cicontre,luate printr-un microscop scanning electron (SEM),tranşee largi sunt 200 nm profundă şi aproximativ 500 nm reţea de fabricaţie interconectare de un procesor urmează mai multe etape care necesită suprapunerea pe straturi subţiri de materiale care "Casatoreste-te cu" conturul gravura ideea este de a plasa strat de "tapet" de pe teren şi a de pe pereţi. Cu toate acestea, este de 200 tranşee nm largă, aşa că trebuie să depună un strat de 20 nm (200 Angstroms sau mai puţin! ...). În cazul în care imaginea de fundal, este prea groasă, iar apoi tăiaţi devine foarte îngustă, la o adâncime aproape identică: modelul de bază de ardere vedere înceţoşată şi va fi din ce în ce mai dificil să se suprapună in straturi. Deficienţă majoră a metodelor tradiţionale de proiecţie a filmelor subţiri (PVD (Physical Vapor Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) sau Al-CVD (Atomic Layer CVD)), utilizat în prezent în industrie, este că acestea sunt de direcţie: ele deşi nu umple tranşee care se află în poziţie verticală lor, dar efectele Shadowing sunt, în esenţă, altele. Se estimează că problemele nu sunt, în prezent, hotărât să apară de la CVD sau straturi PVD sub 30 nm. Întrucât, grosimea minimă este cea a unui tapet de fundal, aceasta înseamnă faptul că există dificultăţi de la 120 tranşee la 150 nm: generaţiei actuale se află ultimele să se poată acomoda uşor tehnici de greşeli proiective.

Tehnologiile dezvoltate de către producătorii de Alchimer în prezent sunt interesaţi de mai multe motive. Ele sunt susceptibile de a fi implicate în tehnologiile alternative existente (PVD, CVD, AL-CVD), dar cu toate acestea, împrumuta un hardware foarte strâns dispozitive deja cunoscute in domeniul microelectronicii. Pentru a ilustra figura de mai jos conformitatea este obţinută prin electro-depunerile de pe suprafaţa altor bariere pentru un test de ardere la 300 nm (foto stânga, © ALCHIMER 2003), SEM si masuratori de grosime la partea de jos şi şanţ de suprafaţă (foto dreapta, © ALCHIMER 2003):

Se poate observa că tehnica dezvoltata de Alchimer prevede un depozit regulat angstroms patruzeci groase, atomi de patruzeci pe toate modelele gravate.

Electro-altoite straturi de calitate asemănătoare pot fi obţinute de pe printuri 0.12 microni (foto stânga de mai jos, ALCHIMER © 2003). Aceste straturi sunt surse simplu pentru a manipula pentru a obţine rezerve în conformitate foarte bun de calitate (dreapta, jos ALCHIMER © 2003).

Mediul: proiectele majore de Alchimer se referă la punerea în aplicare a filtrelor conducătoare de unică folosinţă pentru a sprijini (sau simţit grile de metal, praf ...), functionalizate prin straturi de polimeri având proprietăţi de captare, eventual selectiv, poluanţi sau ionului molecular. Aceste filtre sunt folosite pentru a trata efluent, având în vedere directivele zero de lichid de descărcare de gestiune a fi promovat la nivel de Europa. Aşa cum depus straturi subtiri, aceste straturi sunt foarte active în rapid, termeni de utilizare şi de a produce doar foarte puţine produse. Filtre sunt si proiectate, după utilizare, uşor detaşabile de către reţelele tradiţionale ale deşeurilor solide.