La préparation de nanoparticules hybrides organiques/métalliques avec un contrôle précis de la couche organique sur des nanostructures métalliques a focalisé d’intenses efforts de recherche au cours des dix dernières années. Jusqu’à présent, il n’existe qu’un nombre limité de techniques permettant une modification fine du système hybride à l’échelle nanométrique, reposant en général sur des méthodes complexes ou peu flexibles.
Les chercheurs de l’IS2M (CNRS/Université Haute Alsace), en collaboration avec ceux du L2n (CNRS/Université de technologie de Troyes), de l’ICR (CNRS/Aix Marseille Université), du NIMBE (CNRS/CEA) et du SPEC (CNRS/CEA) ont développé une nouvelle approche pour préparer de telles nanoparticules hybrides avec un contrôle chimique et spatial fin de la partie organique à l’échelle nanométrique. Cette méthode consiste à combiner deux approches de photopolymérisation : photopolymérisation assistée par plasmon et photopolymérisation vivante (photoATRP).
La photopolymérisation assistée par plasmon est utilisée dans une première étape pour greffer une fine couche de polymère sur la surface des nanoparticules, avec un contrôle spatial à l’échelle nanométrique, démontré par des caractérisations en microscopie électronique à transmission haute résolution (HRTEM). En utilisant un système moléculaire de polymérisation vivante lors de cette étape, il est alors possible de réactiver des espèces dormantes à la surface du polymère, par irradiation laser dans le visible, en utilisant le caractère « vivant » du système chimique. Cette étape permet d’ajuster l’épaisseur du polymère mais aussi et surtout de greffer un second monomère, tout en conservant la répartition spatiale anisotropique initiale du polymère sur la nanostructure métallique. Une telle approche ouvre des possibilités presque illimitées pour réaliser des nanoparticules hybrides complexes métal-polymère à la géométrie et à la chimie bien maîtrisées, qui présentent des applications potentielles dans des domaines très divers tels que le biomédicale, les nanocapteurs, la nanophotonique, les métasurfaces activables…
Ce projet est un excellent exemple de collaboration interdisciplinaire intégrant des équipes de chimistes, physico-chimistes et physiciens. D’un point de vue fondamental, ces résultats démontrent que la photopolymérisation dans le visible peut être confinée à l’échelle du nanomètre, dès lors que la lumière peut elle-même être confinée à cette échelle. Même pour ces dimensions ultimes, il est possible d’intégrer des matériaux fonctionnels par des approches photochimiques, ce qui étend l’intérêt des approches photochimiques dans le domaine de la nanofabrication et des nanosciences.