Qu'est-ce qu'une nanoparticule ?

Définition

 
Le terme « Nanoparticule » définit un objet de taille finie (particule) dont les dimensions vont du nm à la centaine de nm. Le nanomètre (1 nm = 10^-9 m) correspond à un milliardième de mètre.  Les nanoparticules sont constituées d’un nombre fini d’atomes, une centaine pour une particule sphérique de 2 nm de diamètre et plusieurs millions pour un diamètre de 100 nm.
À ces dimensions, plus le diamètre de la particule diminue, plus le nombre d’atomes de surface devient majoritaire devant le nombre d’atomes de volume (voir Figure 1). Contrairement au matériau massif, le pourcentage d’atomes de surface devient important et les nanoparticules ont donc des  propriétés différentes de celles du matériau massif. Celles-ci deviennent dépendantes de la taille et de la forme (ou morphologie) des nanoparticules (par exemple, point de fusion, réactivité, propriétés plasmoniques, électroniques, confinement quantique, etc ..). Ces propriétés particulières et remarquables sont à l’origine d’intenses recherches depuis plus de 30 ans.

Les propriétés remarquables des nanoparticules d’or

 
Dans le cas de l’élément "or" qui appartient au groupe 11 de la classification périodique des éléments, la taille des nanoparticules a un effet remarquable sur leurs propriétés chimiques et physiques. Les figures 2 et 3 illustrent un modèle de nanoparticule et une image de nanoparticule obtenue par microscopie électronique à transmission haute résolution (METHR).

Si l’or est inerte à l’état massif, il peut devenir très réactif lorsqu’il est sous forme de nanoparticules (voir Section Catalyse et réactivité). La taille des nanoparticules a aussi un effet sur les propriétés physiques du métal. Par exemple, alors que l’or massif fond à 1063°C, une nanoparticule d’or mesurant 2,5 nm de diamètre fond à 300°C !

La taille des nanoparticules a aussi une influence sur leurs propriétés optiques (interaction rayonnement/matière). Si l’or massif est jaune, la couleur des nanoparticules d’or varie selon leur taille et leur forme (Figure 4). Ainsi, des suspensions de nanoparticules sphériques de 20 nm dans un liquide (ou solutions colloïdales) apparaîtront rouges (voir les Sections Plasmonique et nanothermique et Section Synthèse et fonctionnalisation). Des nanoparticules d’or ont été utilisées pour colorer en rouge des verres au XVIIème siècle, des siècles avant que les nanoparticules aient pu être identifiées et caractérisées (voir Section Or et patrimoine). Les propriétés optiques des nanoparticules d’or sont également très sensibles à leur environnement moléculaire, ce qui permet de détecter des molécules à l’état de trace (voir Section Nanoparticules d’or pour la santé) ou de transformer un signal physique en un autre (voir Section Les biocapteurs à base de nanoparticules d'or et Nanoparticules et électrochimie).