Synthèse de nanoparticules et nanomatériaux photoniques
Synthèse de nanoparticules et nanomatériaux photoniques
Karine Mougin karine.mougin@uha.fr
Nanomatériaux et nanophotonique
Les nanoparticules métalliques jouent un rôle central en nanophotonique, une discipline qui étudie l’interaction de la lumière avec la matière à l’échelle nanométrique. Grâce à leurs propriétés plasmoniques uniques, ces nanoparticules peuvent concentrer la lumière bien au-delà des limites de diffraction, permettant ainsi la manipulation précise de champs électromagnétiques à très petite échelle. Leurs propriétés optiques sont particulièrement recherchées : les nanoparticules métalliques sont utilisées depuis des siècles par les artistes pour les couleurs lumineuses produites par leur interaction avec la lumière visible. Et de nos jours, elles ouvrent la voie à de nombreuses applications innovantes, comme les capteurs optiques ultra-sensibles, les dispositifs de communication à grande vitesse, ou encore les thérapies ciblées en biomédecine, textiles de haute technologie, cosmétiques, pharmaceutiques, agroalimentaires, aéronautiques ou encore automobiles.
a. solutions de nanoparticules colloïdales d’or de différentes formes, images MET de nanoparticules d’or b. sphériques c. nanobatônnets, d. nano-oursins.
Publications
1. E. Damerchi, S. Oras, E. Butanovs, A. Liivlaid, M. Antsov, B. Polyakov, A.Trausa, V.Zadin, A.Kyrisakis, L.Vidal, K.Mougin, S.Pikker, S. Vlassov “Heat-induced morphological changes in silver nanowires deposited on a patterned silicon substrate” Beilstein Journal of Nanotechnology, 15(1), 435-446. (2024).
2.. D. Peckus, A. Tamulevičienė, K. Mougin, A. Spangenberg, L. Vidal, Q. Bauerlin, S. Tamulevičius, “Shape influence on the ultrafast plasmonic properties of gold nanoparticles” Optics express, 30(15), 27730-27745 . (2022).
3. S-Y. Yu, G. Schrodj, K. Mougin, J. Denzer, J-P. Malval, H-W. Zan, O. Soppera, A. Spangenberg, “Direct Laser Writing of Crystallized TiO2 and TiO2/Carbon Microstructures with Tunable Conductive Properties” Advanced Materials, 1805093 (2018)
4. S. Oras, S. Vlassov, M. Berholts, R. Lohmus, K. Mougin, “Tuning adhesion forces between functionalized gold colloidal nanoparticles and silicon AFM tips : role of Ligands and capillary forces Beilstein J. Nanotechnol., 9, 660–670 (2018)
Nanomatériaux à changement de couleur
Les matériaux intelligents (ou matériaux actifs) sont des matériaux capables de réagir de manière contrôlée à des stimuli externes (température, humidité, pression etc…). Dans ce cas, les matériaux à changement de couleur apportent une réponse innovante et pertinente sans nécessiter d’électronique, de batterie ou de source d’énergie externe. Ce caractère passif confère à ces matériaux une grande autonomie et une facilité d’intégration dans de nombreux contextes, y compris les plus exigeants.
Nos travaux de recherche s’intéressent donc à la fabrication de ces matériaux hybrides actifs combinant des polymères et des nanoparticules métalliques pour développer des capteurs à changement de couleur. Ces matériaux réagissent à différents stimuli environnementaux en modifiant leur apparence visuelle, permettant ainsi une détection simple, rapide et sans électronique embarquée. La fabrication repose sur des procédés de synthèse chimique ou photochimique, pensés pour être plus respectueux de l’environnement et plus stables dans le temps (Figure 2).
Capteur à changement de couleur : a. Élastomère chargé en nanoparticules colloïdales d’or sous étirement b. Polymère chargé en nanoparticules colloïdales d’or soumis à différents taux d’humidité, c. schéma d’un polymère qui se plie après illumination.
Publications
1. M. Belqat, X. Wu, J. Morris, K. Mougin, T. Petithory, L. Pieuchot, Y. Guillaneuf, D. Gigmes, J-L.Clément, A. Spangenberg “Customizable and Reconfigurable Surface Properties of Printed Micro‐objects by 3D Direct Laser Writing via Nitroxide Mediated Photopolymerization” Advanced Functional Materials, 33(39), 2211971 (2023).
2. K. Mougin, H. Hoelscher, A. Spangenberg “Surface Color on Demand : Chameleon effect”, JOM 74, 847–852 (2022). DOI : 10.1007/s11837-021-05138-3
3. M. Belqat, X. Wu, L. Piedad Chia Gomez, J-P. Malval, K. Mougin, A. Spangenberg, “Tuning Nanomechanical properties of 3D printed microstructures” Additive Manufacturing, Additive Manufacturing, 47, 102232 (2021)
Capteurs de traces de molécules
Les capteurs de traces de molécules à base de nanoparticules représentent une avancée majeure dans le domaine de la détection chimique et biologique. Grâce à leur très grande surface spécifique et à leurs propriétés physico-chimiques uniques, les nanoparticules permettent de détecter des concentrations extrêmement faibles de substances, parfois jusqu’à l’échelle du nanomolaire ou du picomolaire. Notre recherche s’intéresse au développement de ces capteurs optiques, électrochimiques ou plasmoniques, qui interagissent de manière sélective avec les molécules cibles, entraînant un signal mesurable à de très faibles concentrations (traces de molécules) (figure 3).Ces capteurs trouvent des applications dans la surveillance de l’environnement, la sécurité alimentaire, le diagnostic médical ou encore la détection d’explosifs et de drogues ou dans les détections de fuite de batteries.
a. Schéma de fabrication d’un capteur de traces de molécules, b. Image MEB d’une nanofleur d’or- capteur, c. Réponse optique du capteur pour la détection de faible concentration de molécules organiques.
Publications
1. P. Bauer, K. Mougin, D. Faye, A. Buch, P. Ponthiaux, V. Vignal “Synthesis of 3D dendritic gold nanostructures assisted by a templated growth process : Application at the detection of traces of molecules”, Langmuir, 36, 37, 11015–11027 (2020)
2. S. Oras, S. Vlassov, B. Polyakov, M. Antsov, R. Lõhmus, K. Mougin “The effect of heat-treatment on morphology and mobility of Au nanoparticles” Beilstein J. Nanotechnol., 11, 61–67 (2020)
3. M. Rajab, T. Hamieh, A. Airoudj, K. Mougin, K.Hariri, W. Rammal, H.Mortada, M.Akil, A.Kassas, J.Toufaily, “Synthesis by ATRP of Polystyrene-b-Poly(4-vinylpyridine) and Characterization by Inverse Gas Chromatography” Journal of Research Updates in Polymer Science, 6, 76-89 (2017)
4.. P. Bauer, V. Vignal, Halina Krawiec, M. Rajab, K. Mougin, A. Buch, P. Ponthiaux, D. Faye, “Optical and electrochemical activity of gold flower-shape crystals” Annales de Chimie Science des Matériaux, 40(1), 43-50 (2016)
