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)
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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 force atomique (AFM)2. Nanolithographie électrochimique en mode current-sensing de l'AFM (CS-AFM)
2.1 Principe de fonctionnement
L'AFM n'est pas par nature une technique électrochimique. Son principe de fonctionnement repose en effet sur la mesure de forces échangées entre la pointe AFM et la surface d'un échantillon grâce à la détection optique de la déflexion d'un capteur de force Couplages électrochimie-microscopies en champ proche[1]. Parmi les différents modes de fonctionnement « classiques » de l'AFM, il en existe un qui la fait tendre vers une technique à balayage de sonde électrochimique. Il s'agit du mode current-sensing de l'AFM (CS-AFM) qui résulte très simplement du couplage du mode contact de l'AFM Couplages électrochimie-microscopies en champ proche[1] avec un dispositif de mesure électrique locale rendue possible grâce à l'utilisation d'une pointe AFM conductrice. Ce mode est initialement destiné à la caractérisation électrique de surfaces conductrices à l'échelle nanométrique, à l'air ou sous vide. Cette application du mode CS-AFM ne sera pas plus amplement détaillée car elle n'entre pas dans le cadre du sujet traité ici.
En revanche, il est important de signaler dans le cadre de ce chapitre que ce mode current-sensing de l'AFM constitue également une technique de nanolithographie notamment par voie électrochimique. Celle-ci utilise le ménisque aqueux se formant spontanément à l'endroit du contact entre la pointe AFM conductrice et le fin film d'eau présent sur toute surface d'échantillon exposée à l'air humide (voir figure 1). L'épaisseur de ce film et les dimensions du ménisque aqueux dépendent du taux d'humidité de l'air ambiant. Des mécanismes de nanolithographie peuvent s'y produire par polarisation de la pointe AFM conductrice maintenue à force constante au contact de l'échantillon, soit en un point fixe soit au cours du balayage d'une ligne ou d'une zone de l'échantillon. Les dimensions des nanostructures ainsi produites sont influencées notamment par le taux d'humidité, le bias et...
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Nanolithographie électrochimique en mode current-sensing de l'AFM (CS-AFM)
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
SALVAN (F.) - THIBAUDAU (F.) - * - [P 895] Techniques de l'Ingénieur (1999).
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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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