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Nanotechnologies Qu’est ce qu’un nanomètre ? Le Nanomonde Structuring with sing

Nanotechnologies Qu’est ce qu’un nanomètre ? Le Nanomonde Structuring with single atoms Source: Institut f.r Experimentelle und Angewandte Physik, Universit.t Kiel Plan de l’exposé Qu’est ce que le nanomètre? Qu’est ce que le nano-monde? Contexte scientifique et technique Nanosciences et nanotechnologies dans le monde Nanosciences et nanotechnologies : quelles retombées? Quelques exemples Combien un cube a-t- il de faces? Si ce cube a une arête de 1cm, quelle est la surface totale du cube? Si vous coupez ce cube trois fois (une fois dans le plan horizontal, une fois dans le plan vertical, et une troisième fois toujours dans le plan vertical mais perpendiculairement au plan de coupe précédent), combien de cubes obtenez-vous? Chaque nouveau cube aura une arête de 0,5 cm; quelle sera alors la surface totale de l’ensemble des nouveaux cubes? Vous voyez qu’à poids égal (ou plutôt à masse égale), plus petit implique une surface plus grande et, par exemple, dans le cas du sucre et de l’eau, plus réactif. Echelle du Nanomonde 0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 m 10 m 100 m 1 mm 1 cm 10 cm 1 m Les grandes étapes de la technologie et de l’industrie Précision des procédés (en m) 1000 1 0,001 1800 1900 2000 Définition du nano-objet Une dimension au moins est nanomètrique Ex: boites quantiques, molécules….. Contrôle à l’échelle du mm Première révolution industrielle à la fin du XIXème Siècle Drilling machine of Wilkinson (1774) 1270 mm hole with accuracy of 1 mm Contrôle à l’échelle du m Développement de la microélectronique au milieu du XXème siècle Contrôle à l’échelle du nm Troisième révolution industrielle au début du XXIème siècle? Jack Kilby first integrated circuit (1958) Nanotubes de carbone Années Invention du circuit intégré Inventé en 1958 par Jack Kilby (en fait technologie planaire) (prix nobel en 2000) Evolution des calculateurs Pentium 4 2000 50.000.000 transistors puce de 2cm*2cm*1mm boîtier 5cm*5cm*1cm qq. 100 connexions Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Chiffres d’affaire comparés transistor Contexte scientifique et technique Deux approches convergentes : L’approche « top-down » Celle de la microélectronique Réalisation de composants nouveaux, présentant des effets physiques nouveaux et propriétés nouvelles, spécifiquement liés à leur taille nanométrique. (ex: têtes de lecture à magnétorésistance géante, nanotubes pour écrans plats…) L’approche « bottom- up » Celle de la chimie et biologie Ingénierie de molécules ayant des fonctionnalités nouvelles, auto- assemblage, biomimétisme Biopuce à ADN Puce 1 m 100 mm 10 mm 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 0,1 nm Source : Pour la Science - 2001 Nanosciences et Nanotechnologies Chimie et matériaux Source : Pour la Science - 2001 Contrôle à l’échelle de l’atome Nanosciences et Nanotechnologies Chimie et matériaux Materiaux (matériaux nanostructurés, matériaux composites, matériaux chargés, catalyseurs...) Nanosciences et Nanotechnologies Quelles applications? Electronique et communication (réduction des tailles et augmentation de la puissance de calcul, écrans plats...) Développement durable (nanosources d’énergie, traitement de l’eau & nanofiltres...) Pharmaceutique, biotechnologie, santé (thérapie cellulaire, diagnostic in vivo, domotique, biopuces...) Automobile, aéronautique et espace (peinture insalissable, plastiques ininflammables, verres auto- nettoyantstextiles autoréparables, capteurs, matériaux résistants et légers...) Défense et Sécurité (détecteurs et correcteurs d'agents chimiques et biologiques …) Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Mémoires haute densité Enregistrement de données avec des médias utilisant les nanocouches et les points quantiques, spintronique, … Dispositifs rapides Vitesses de traitement et capacités d'enregistrement accrues et moins coûteuses… Nouvelles architectures de circuits Dispositifs nanofabriqués, circuits hybrides, nano-opto- électronique, circuits de plus grande densité d’intégration et plus faible dissipation thermique… Nouveaux protocoles de communication Cryptograhie quantique, technologie sans fil… Nouveaux dispositifs Écrans plats, spintronique, électronique moléculaire… Transistor moléculaire hybride, obtenu en déposant par peignage moléculaire un nanotube de carbone sur un circuit à 4 électrodes séparées par 100 nm. L'objectif de cette recherche est de réaliser des nano-composants électroniques utilisant un seul nanotube de carbone.  CNRS Photothèque / ONDARÇUHU, Thierry Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication Source : Pour la Science - 2001 Nanotubes de carbone Source : Pour la Science - 2001 Guides optiques Nanosciences et Nanotechnologies Electronique et communication  IRCOM  LPN-CNRS 6 microns  LPN-CNRS Nanosources photoniques Nanosystémes photonique © S. David/CNRS Photothèque Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Nanobiomatériaux et nanomatériaux biomimétiques Biomolécules uniques et assemblages biomoléculaires, matériaux de remplacement biocompatibles… Compréhension du monde vivant Analyse de processus à l’échelle nanométrique in vivo, utilisation de nanoparticules fonctionnalisées et ciblables, de nanosondes,... Manipulation et nano- fluidique Nano-instrumentation, nanovecteurs biomoléculaires, nanocapteurs,… Source : Pour la Science - 2001 Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Nanosciences et Nanotechnologies Pharmaceutique, biotechnologique, santé Source : M. Dahan - LKB Image de récepteurs de la glycine dans des neurones Réseau de nanotubes issus d’une vésicule géante en microscopie de fluorescence. Les Nanosciences et les Nanotechnologies caractère pluridisciplinaire et fédérateur très marqué Des compétences Pluridisciplinaires Des installations techniques d’élaboration et de caractérisation salles blanches, plates-formes Technologiques © CNRS Photothèque / Jérôme Chatin Physique Chimie Biologie Métrologie Modélisation multi-phénomèness à plusieurs échelles Traitement du signal Architectures ……. Contexte scientifique et technique Questions en lien avec le développement des nanosciences et des nanotechnologies • L’utilisation de nano-objets, nanocomposants, nanosystèmes est à l’origine de réflexions nouvelles sur la mesure, la définition de normes. • Le développement des nanosciences et des nanotechnologies soulève un certain nombre de questions, d’ordre éthique ou sociétal. Extrait de Nanosciences : nouvel âge d'or ou apocalypse ? L. Laurent et J.-C. Petit du Drecam. Contexte scientifique et technique uploads/Science et Technologie/ nanotechnologie.pdf