Chapitre III Dépôt de nanoparticules magnétiques par électrospray
III. C.2.2 Résultats
Les lois d’échelle et le modèle d’évolution des gouttes ont permis de définir une procédure d’expérience basée sur l’évolution de la quantité de nanoparticules par gouttes initiales.
III.C.2.2.1 Nanosphères de FeCo de 11 nm de diamètre
Dans un premier temps les dépôts sont réalisés avec des nanosphères de FeCo de 11 nm de diamètre. La Figure III-27 montre le résultat pour deux dépôts où la quantité de nanoparticules par gouttes initiales est de 38 et 76, les dépôts sont nommés FeCo 38 et FeCo 76, les observations ont été faites avec un MEB Gemini avec un canon à électron Schottky :
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Figure III-25 : Images MEB d'un dépôt de nanosphères de FeCo de 11 nm avec 38 NPs/goutte (FeCo 38), haut grandissement x45k, bas x100k.
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Figure III-26: Images MEB d'un dépôt de nanosphères de 76 NPs/gouttes (FeCo 76) haut grandissement x45k, bas x100k.
Les Images MEB montrent des dépôts de nanoparticules bien dispersées, ce qui signifie que les conditions de dépôt sont efficaces pour déposer des nanoparticules isolées. Le calcul de la densité de
nanoparticule indique qu’elle est de 17.8 nanoparticules par µm2 pour FeCo 38 et de 35.6 pour FeCo
76, soit environ un facteur 2, comme pour les concentrations utilisées. Cependant, en plus de cette évolution logique de la densité, on note la présence d’amas de quelques nanoparticules légèrement supérieur dans le cas de FeCo 76. L’interprétation de ce constat sera exposée après l’observation des autres dépôts présentés ci-après.
133 Les paramètres pour ces expériences sont les suivants :
Propriétés de la solution Tension de surface γ 0,02667 N.m-2 Densité ρ 889 kg/m3 Viscosité μ 0,00038 Pa.s Permittivité relative ε 7,6 Conductivité K 0,000005 S.m-1 Débit φ 4,33.10-11 m3.s-1
Diamètre de la goutte initiale 3,56 µm
Conditions de dépôt 38 NPs 76 NPs Distance capillaire/contre-électrode d 0,3 mm 0,3 mm Tension U 1820 V 2500 V
Pression P 2,2.10-4 mbar 1,6.10-4 mbar
Concentration 2,36.10-9
mol.L-1
4.72.10-9 mol.L-1
Temps 1H30min 1H30min
Tableau III.2 : Paramètres des expériences FeCo 38 et FeCo 76.
Pour évaluer la faisabilité de nanoparticules dispersées par électrospray, d’autres nanoparticules sont déposées, comme des nanosphères et nanocubes de Fe(0).
III.C.2.2.2 Nanocubes de 11 nm d’arête
La procédure de dépôt est la même que celle des dépôts de nanosphères de FeCo, puisqu’elle s’est
révélée efficace, la différence principale étant la quantité de charge minimum qmin pour séparer deux
particules qui est de 11 charges par particule dans le cas des cubes, contre seulement 4 charges dans le cas des sphères de FeCo. La concentration utilisée est de 45 nanoparticules par gouttes initiales (on nomme le dépôt Fe(0)C 45), ce qui correspond à une quantité intermédiaire aux dépôts
présentés, l’écart de qmin imposant de ne pas utiliser une concentration trop élevée. Les paramètres
expérimentaux de Fe(0)C 45 sont les suivants :
Propriétés de la solution Tension de surface γ 0,02667 N.m-2 Densité ρ 889 kg/m3 Viscosité μ 0,00038 Pa.s Permittivité relative ε 7,6 Conductivité K 0,000005 S.m-1 Débit φ 4,33.10-11 m3.s-1 Conditions de dépôt Distance capillaire/contre-électrode d 0,45 mm Tension U 1320 V Pression P 1,9.10-4 mbar Concentration 3,16.10-9 mol.L-1 Temps 1 H
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Figure III-27 : Images MEB d’un dépôt de nanocubes de Fer(0) de 11,5 nm d’arête.
La Figure III-27 montre un dépôt de nanoparticules assez bien dispersé, notamment sur l’image du bas, même s’il existe plusieurs amas de quelques particules. Contrairement aux images MEB présentées avant, on note la présence de taches noires, correspondant aux restes de solvants et de ligands en excès et donc à la goutte contenant les particules. Leur présence sur ces images provient probablement de l’utilisation d’un microscope électronique différent en l’occurrence un Hitachi 7800 avec un canon à électron à émission froide, ce qui peut donner lieu à une observation différente des contrastes. Il est fort probable que ces taches soient présentes sur les autres dépôts, et qu’une observation avec un autre microscope les fasse apparaître.
135 Les dépôts présentés jusqu’ici correspondent à des dépôts de nanoparticules dispersées, cependant, les concentrations utilisées sont relativement faibles. Dans le but de connaître l’évolution des dépôts avec des concentrations bien plus élevées, une série de trois dépôts est réalisé.
III.C.2.2.3 Dépôts à forte concentration
Les particules utilisées pour ces dépôts sont des nanosphères de FeCo de 11 nm et de Fe(0) de 9,5 nm de diamètre. Les nanoparticules de FeCo sont déposées avec une concentration de 304 et 608 nanoparticules par goutte initiale, ces dépôts sont nommés FeCo 304 et FeCo 608 et sont observables sur la Figure III-28 suivante :
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Figure III-29: Images MEB de FeCo 608 à différents grandissements.
Sur la Figure III-28 le dépôt FeCo 304 ressemble à un dépôt de monocouches par des techniques en milieu liquide présentées dans l’état de l’art. Le nombre de particules isolées est faible, et on peut facilement observer des amas de quelques particules à plusieurs dizaines. De plus, la présence de matière organique semble gagner en importance, autant par l’augmentation des tâches noires, que par la présence nouvelle de gouttes de matières organiques. Cependant, cette présence de matière organique ne semble pas empêcher le bon déroulement du dépôt, contrairement à FeCo 608. En effet, la Figure III-28 montre, en plus des gouttes de matières organiques, le reste de gouttes volumineuses éclatées sur la surface contenant les nanoparticules du dépôt, et l’absence de
137 nanoparticules entre ces gouttes. Une concentration trop importante semble alors favoriser les amas de ligands/solvants qui ralentissent l’évaporation des gouttes.
Les paramètres expérimentaux pour ces dépôts sont les suivants :
Propriétés de la solution Tension de surface γ 0,02667 N.m-2 Densité ρ 889 kg/m3 Viscosité μ 0,00038 Pa.s Permittivité relative ε 7,6 Conductivité K 0,000005 S.m-1 Débit φ 4,33.10-11 m3.s-1 Conditions de dépôt FeCo 304 FeCo 608 Distance capillaire/contre-électrode d 0,3 mm 0,3 mm Tension U 1040 V 1160 V
Pression P 3,6.10-4 mbar 3,5.10-4 mbar
Concentration 2,11.10-8 mol.L-1 4,22.10-8 mol.L-1
Temps 1 H 1 H
Tableau III.4 : Paramètres de l’expérience pour de dépôt FeCo 304 et FeCo 608.
D’autres dépôts sont réalisés avec des concentrations de 942 et 1844 nanoparticules par gouttes initiales. Pour de telles concentrations les dépôts ne fonctionnent pas car la trop forte concentration en nanoparticules obstrue le capillaire et la contre-électrode. Ces résultats montent les limites de l’électrospray que nous utilisons, une trop forte concentration de nanoparticules magnétiques dans des micro-tubes facilite l’agglomération de celles-ci.