Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le couplage de l'électrochimie avec les techniques d'analyse de surface de la microscopie en champ proche a permis de décupler les moyens d'études et de réalisation de phénomènes électrochimiques interfaciaux, d’abord à l’échelle micrométrique, puis nanométrique, voire même atomique. La microscopie à effet tunnel (STM) et la microscopie à force atomique (AFM) sont deux techniques à balayage de sonde qui ont été rapprochées de l’électrochimie et sont devenues incontournables. Les caractérisations ainsi rendues accessibles sont alors physiques, et plus spécifiquement, morphologiques, mécaniques, électriques ou encore physico-chimiques (forces de surfaces) selon la technique et son mode de fonctionnement utilisés.
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The coupling of electrochemistry with surface analysis techniques of the near-field microscopy has allowed for a significant increase in the means of studying and implementing interfacial electrochemical phenomena, at the micrometer, nanometer and even atomic scale. The scanning tunneling spectrometry (STM) and the atomic force spectrometry (AFM) are two probe-scanning techniques which have become involved in electrochemistry and therefore become essential. The characterizations thus made available are then physical and more specifically morphological, mechanical, electrical or physico-chemical (surface forces) according to the techniques and functioning mode used.
Auteur(s)
-
Alain PAILLERET : Maître de conférences à l'université Pierre et Marie Curie
-
Sophie GRIVEAU : Maître de conférences à l'École nationale supérieure de chimie de Paris
-
Fethi BEDIOUI : Directeur de recherche au CNRS
INTRODUCTION
Pour enrichir et compléter ses capacités de caractérisation électrochimique locale de la réactivité électrochimique , afin d'accroître encore son rôle dans le développement des nanosciences, l'électrochimie a dû très rapidement faire appel, voire s'associer, à des techniques performantes d'analyse de surface permettant, si possible en simultané, l'analyse physico-chimique locale in situ, avec une résolution spatiale optimale, des interfaces électrochimiques de type conducteur/solution, et plus généralement solide/solution. Notons que ces différentes exigences ont souvent mené à l'exclusion des microscopies électroniques tantôt pour leur manque de résolution, tantôt pour leur fonctionnement astreint au vide primaire. C'est dans ce contexte que les techniques dites « à balayage de sonde » sont progressivement devenues incontournables dans les études de processus électrochimiques interfaciaux, dans un premier temps à l'échelle micrométrique, puis, dans un second temps, à l'échelle nanométrique voire atomique.
Des efforts considérables ont ainsi été réalisés pour rapprocher l'électrochimie des deux techniques à balayage de sonde (ou SPM en anglais) à peine plus anciennes que la SECM que sont la microscopie à effet tunnel (STM) et la microscopie à force atomique (AFM). Ces efforts ont consisté à montrer comment ces deux techniques ont permis de décupler les apports de l'électrochimie dans le domaine des nanosciences en lui procurant des moyens de générer, modifier et surtout caractériser très largement des interfaces électrochimiques nanostructurées ou nanofonctionnalisées ainsi que des nanoobjets électrogénérés, non plus globalement mais très localement avec une résolution nanométrique, voire atomique selon les conditions de travail et la technique retenues. Les caractérisations ainsi rendues accessibles sont alors physiques, et plus spécifiquement, morphologiques, mécaniques, électriques ou encore physico-chimiques (forces de surfaces) selon la technique et son mode de fonctionnement utilisés.
Ce chapitre introduit précisément les couplages AFM/électrochimie et STM/électrochimie ainsi que leurs applications les plus développées.
un tableau des abréviations est présenté en fin d'article.
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Électrochimie et microscopie à effet tunnel (STM)3. Électrochimie et microscopie à force atomique (AFM)
3.1 Couplage AFM-sonde électrochimique
3.1.1 Principe de fonctionnement
La SECM, dont est inspiré ce couplage, est née puis s'est développée en utilisant principalement des sondes électrochimiques de géométrie disque présentant des rayons de taille micrométrique au minimum (voir l'article Microscopie électrochimique [P 2 132]). C'est seulement dans un second temps qu'a été identifiée la nécessité de développer des sondes SECM offrant à cette technique une meilleure résolution latérale et présentant donc un rayon sous-micrométrique voire nanométrique. Cette nécessité de réduire la taille des sondes SECM a très vite mis en évidence la nécessité de procéder simultanément à d'autres améliorations des montages de SECM comme :
-
1) des systèmes de positionnement beaucoup plus précis (éléments piézoélectriques les plus performants) ;
-
2) un asservissement de la position verticale de la pointe sur un signal choisi judicieusement (courant faradique à la sonde, forces de cisaillement, autres) ;
-
3) un bipotentiostat performant présentant une voie bas-courants (permettant la mesure de très faibles courants (pA) à la nanosonde électrochimique grâce notamment à un bruit électrochimique minimal) en plus d'une voie normale (permettant de mesurer simultanément des courants plus classiques sur l'échantillon).
C'est dans ce contexte qu'est apparue l'idée de faire du capteur/applicateur de force qui constitue l'élément central de l'AFM une nanosonde électrochimique de taille nanométrique. Cette nouvelle configuration a l'avantage de donner accès à l'étude souvent incontournable de corrélations topographie-réactivité électrochimique souvent très instructives avec une très haute résolution spatiale....
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Électrochimie et microscopie à force atomique (AFM)
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
SALVAN (F.) - THIBAUDAU (F.) - * - [P 895] Techniques de l'Ingénieur (1999).
FUKUMA (T.) - KILPATRICK (J.I.) - JARVIS (S.P.) - * - Rev. Sci. Instr., 77, p. 123703 (2006).
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LUGSTEIN (A.) - BERTAGNOLLI (E.) - KRANZ (C.) - KUENG (A.) - MIZAIKOFF (B.) - * - Appl. Phys. Lett., 81, p. 349 (2002).
KUENG (A.) - KRANZ (C.) - MIZAIKOFF (B.)...
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