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Article

1 - NANOPARTICULES MAGNÉTIQUES : MAGNÉTISME À L'ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE

  • 1.1 - Nanoparticules magnétiques
  • 1.2 - Interactions entre particules
  • 1.3 - Interactions dipolaires : conséquences sur la structure orientationnelle et formation spontanée de chaînes
  • 1.4 - Mise en évidence expérimentale du comportement dipolaire

2 - STRATÉGIES D'ASSEMBLAGES

  • 2.1 - Bactéries magnétotactiques
  • 2.2 - Autoassemblages spontanés
  • 2.3 - Autoassemblages induits

3 - APPLICATIONS

  • 3.1 - NP magnétiques individuelles
  • 3.2 - Assemblages unidimensionnels

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE – DÉFINITIONS

Article de référence | Réf : NM3550 v1

Glossaire – Définitions
Nanochaînes magnétiques - Propriétés, élaboration et perspectives

Auteur(s) : Irena MILOSEVIC, Vincent RUSSIER, Laurence MOTTE

Date de publication : 10 oct. 2015

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RÉSUMÉ

Les assemblages unidimensionnels de nanoparticules (NP) magnétiques suscitent un grand intérêt car leur organisation en chaînes induit de nouvelles propriétés physiques dites "collectives". Ces propriétés permettent d'envisager des innovations technologiques, notamment dans le secteur des sciences de la vie et de la santé. Cet article détaille les réalisations expérimentales d'assemblées unidimensionnelles (1D) de nanoparticules magnétiques et leurs applications. Une analyse des résultats de simulation montre dans quelle mesure les interactions dipolaires sont un facteur déterminant de la formation spontanée des chaînes de NP. Les différentes stratégies expérimentales d'assemblage de NP et les applications potentielles pour les sciences du vivant et de l'environnement sont présentées.

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ABSTRACT

Magnetic Nanochains: properties, synthesis approaches and prospects

One-dimensional assemblies of magnetic nanoparticles (NPs) are of great interest both theoretically and experimentally. The new ‘collective’ physical properties expected from such organizations may prompt technical innovation, in particular in the life sciences. This paper reviews experimental one-dimensional (1D) assemblies of magnetic NPs and their applications. The starting point is an analysis of simulation results that show to what extent dipolar interactions are responsible for spontaneous NP chain formation. Different experimental assembling strategies are then reviewed along with some of the possible resulting applications, mainly in the life and environmental sciences.

Auteur(s)

  • Irena MILOSEVIC : Docteur ès sciences - Chercheur associé Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, UFR SMBH, France

  • Vincent RUSSIER : Docteur ès sciences - Chargé de recherche ICMPE, UMR 7182 CNRS et université Paris Est, France

  • Laurence MOTTE : Docteur ès sciences - Professeur Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité, UFR SMBH, France

INTRODUCTION

Les assemblages hiérarchisés de matériaux magnétiques ont suscité un grand intérêt en raison de leurs structures uniques, leurs propriétés physiques particulières et les applications technologiques potentielles. En particulier, les assemblages magnétiques unidimensionnels (1D) de nanoparticules (NP) ont été un axe de recherche particulièrement actif ces dernières années, aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental. En comparaison avec les NP de dimension zéro ou NP dites « individuelles », les nanochaînes de NP 1D présentent des propriétés magnétiques exacerbées et fournissent des fonctionnalités de surface alignées et parallèles, appropriées pour différents secteurs technologiques, notamment dans le domaine médical et environnemental.

L'objectif de cet article est de réaliser une étude bibliographique approfondie de l'état de l'art concernant les assemblages unidimensionnels de NP magnétiques individuelles. Nous rappelons, dans une première section, quelques caractéristiques essentielles des NP magnétiques et l'importance des modélisations mettant en jeu des systèmes de particules présentant des interactions dipolaires. Ces interactions sont à l'origine des effets collectifs dans les assemblées de NP magnétiques, du fait de leur longue portée, et permettent d'expliquer dans certains cas la formation de chaînes. Ainsi, au-delà d'une investigation d'ordre fondamental des différents processus, une bonne compréhension des effets dipolaires peut présenter également un caractère prédictif. Dans une seconde section, nous présentons les différentes stratégies expérimentales qui ont été développées ces dernières années pour obtenir ces organisations : l'autoassemblage dipolaire dirigé, l'assemblage induit par un champ magnétique, ou la synthèse assistée par l'utilisation d'un « moule chimique » (ou template), l'assemblage chimique de particules présentant deux fonctionnalités différentes ou encore des méthodes physiques telles que l'extrusion électro-assistée (electrospinning) ou utilisant les systèmes de microfluidique. Parmi toutes ces stratégies, certaines peuvent être combinées, notamment l'utilisation d'un champ magnétique qui peut aider à diriger la formation de chaînes dans toutes les stratégies envisagées. La dernière partie de l'article présente les différentes applications de ces nanochaînes, notamment dans le domaine des sciences de la vie et de l'environnement.

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KEYWORDS

environment   |   Medical applications   |   Microfluidics   |   electrospinning   |   Polymerisation   |   Evaporation   |   chemical synthesis under magnetic field

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-nm3550


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5. Glossaire – Définitions

Ferromagnétisme ; Ferromagnetism

Propriété qu'ont certains corps de s'aimanter très fortement sous l'effet d'un champ magnétique extérieur. Cette propriété résulte du couplage collectif des spins, les moments de tous les spins étant parallèles et orientés de la même façon. Dans un matériau ferrimagnétique, les moments magnétiques sont anti-parallèles mais d'amplitude différente. Il en résulte une aimantation spontanée du matériau.

Hyperthermie magnétique ; Magnetic hyperthermia

Technique expérimentale de traitement du cancer basée sur le fait que des nanoparticules magnétiques s'échauffent localement lorsqu'elles sont soumises à un champ magnétique alternatif de fréquence et d'amplitude particulières. Ce type de technique n'est testé sur l'homme qu'en Allemagne, mais de nombreux laboratoires de recherche fondamentale travaillent à l'amélioration de cette technique.

Microfluidique ; Microfluidics

C'est la science de la manipulation des fluides à l'échelle micrométrique. La microfluidique est une thématique jeune qui est aujourd'hui en plein essor et s'inspire de la nature qui maîtrise déjà parfaitement ces techniques.

Relaxivité ; Relaxivity

C'est la vitesse de relaxation, normalisée par la concentration de l'agent de contraste.

Superparamagnétisme ; Superparamagnetism

Comportement des matériaux ferromagnétiques ou ferrimagnétiques qui apparaît lorsqu'ils sont sous la forme de nanoparticules. Lorsque la taille est suffisamment petite, l'aimantation peut se renverser spontanément sous l'influence de la température. Le temps moyen entre deux renversements est appelé « temps de relaxation de Néel ». En l'absence de champ magnétique appliqué, leur aimantation apparaît nulle : on dit que les nanoparticules sont dans un « état superparamagnétique ».

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DE TREMOLET (E.) -   Magnétisme.  -  EDP Science (1999).

  • (2) - COEY (J.M.D) -   Magnetism and Magnetic Materials.  -  Cambridge (2010).

  • (3) - SKOMSKY (R.) -   *  -  J. Phys. Condensed matter, 15, p. R841 (2009).

  • (4) - BEDANTA (S.), KLEEMANN (W.) -   *  -  J. Phys. D, 42, p. 013001 (2009).

  • (5) - DORMANN (J.L.) et al -   *  -  Adv. Chem. Phys., 98, p. 283 (1997).

  • (6) - HADJIPANAYIS (G.C.) -   *  -  J. Magn. Magn. Mat., 200, p. 373 (1999).

  • (7) - HYTCH (M.J.) et al -   *  -  ...

ANNEXES

  1. 1 Brevets

    1 Brevets

    Irreversible colloidal chains with recognition sites. WO 2003071276 A1

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