Métrologie hybride AFM/SEM pour mesurer la dimension de nanoparticules

Depuis les années 90, nous avons assisté au développement et à l’utilisation de nanoparticules (NP) manufacturées considérées comme des briques élémentaires entrant dans la composition de nouveaux matériaux. En effet, l’industrie souhaite tirer parti des propriétés remarquables des NP, dont le comportement peut être très différent du matériau massif de même composition chimique et de même structure cristallographique. Mais la clé des nanomatériaux réside dans la forte dépendance des propriétés fonctionnelles des nano-objets avec leurs propriétés dimensionnelles : taille, distribution en taille et forme. Par conséquent, le défi industriel repose sur la capacité des entreprises impliquées dans le domaine des nanomatériaux à mettre en place un système de contrôle qualité fiable afin de reproduire des NP ayant les mêmes propriétés que celles observées en laboratoire.

De plus, les paramètres dimensionnels caractérisant une population de nanoparticules (taille, distribution en taille, forme, état d’agglomération) ont un impact reconnu sur la toxicité potentielle des NP. En effet, des questions concernant le risque possible des NP sur l’environnement et la santé sont apparues au début des années 2000, avec la présence de plus en plus marquée de produits contenant des nanomatériaux sur le marché. Des études ont notamment été entreprises pour comprendre les interactions éventuelles entre les NP et les cellules vivantes. Cependant, les résultats sont souvent incohérents et ne semblent pas reproductibles. Le manque de fiabilité sur les mesures dimensionnelles est une des raisons majeures qui peuvent expliquer cet état de fait.

Le développement de la nanométrologie, science de la mesure à l’échelle du nanomètre, a pour objectif d’apporter des réponses sur la fiabilité, l’exactitude et la comparabilité des mesures effectuées sur des nanomatériaux. Mais cette nouvelle forme de métrologie en est encore à ses balbutiements. Les méthodes de mesure ne sont pas encore normalisées et les besoins en étalons et matériaux de référence sont prégnants. Il ne fait pas de doute que mesurer un paramètre caractéristique d’une nanoparticule reste un véritable défi. Dans ce contexte, les efforts les plus importants se sont portés sur la métrologie dimensionnelle des nanomatériaux. Dans la plupart des pays, les chaînes de traçabilité sont en train de se mettre en place et de nombreuses techniques sont disponibles pour caractériser la taille, la distribution en taille et la forme des NP. Cependant, l’instrument idéal n’existe pas et l’opérateur doit être conscient des avantages et des inconvénients de chaque technique de mesure. C’est le cas par exemple des techniques de microscopies AFM et MEB auxquelles nous nous intéressons particulièrement dans cet article : aucune des deux techniques ne permet...