Lorsque la taille d’un objet diminue, des effets spécifiques apparaissent dus à l’augmentation du nombre d’atomes de surface par rapport au nombre d’atomes de volume, aux effets de confinement quantique, à l’absence (ou présence) de défauts spécifiques… Il est cependant impossible de définir une dimension critique universelle en dessous de laquelle les propriétés d’un nano-objet diffèrent de celles d’un matériau massif. En effet, chaque propriété est caractérisée par une ou des longueurs caractéristiques en dessous desquelles les phénomènes physiques sont grandement modifiés. Lorsqu’un nano-objet aura une dimension inférieure à une telle longueur critique, ses propriétés diffèreront de celles du matériau massif. Ainsi, par exemple pour une nanoparticule de taille inférieure au libre parcours moyen des électrons, ce sont les collisions des électrons avec la surface de la particule qui deviendront importantes. De même, une nanoparticule métallique de taille inférieure à la profondeur de pénétration d’une onde présentera des propriétés optiques spécifiques etc. Il est donc primordial, pour bien appréhender les propriétés des nano-objets, de connaître les longueurs caractéristiques les plus importantes associées à chacune des grandes familles de propriétés (mécanique, électronique, optique, magnétique, de transport, thermodynamique). Dans un certain nombre de cas, et dans le cadre d’approximations simplificatrices (particules sphériques, homogènes, approximation quasi statique, approximation du gaz d’électrons libres…) il est possible d’établir des relations analytiques permettant de prédire qualitativement et quantitativement quelques comportements spécifiques des nano-objets. Au-delà de ces approximations il est nécessaire d’utiliser des outils numériques de simulation pour prédire ou calculer précisément les effets de taille et de forme.
En pratique, il est difficile d’utiliser, pour des applications, des nano-objets libres, c’est-à-dire non supportés par un substrat. L’utilisation industrielle des nano-objets est donc souvent liée à leur incorporation dans une matrice ou sur un substrat. C’est ainsi que sont essentiellement exploitées les propriétés de matériaux nanostructurés ou nanoporeux. Beaucoup d’efforts sont industriellement réalisés en particulier dans les domaines de l’énergie,...
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