Thermodynamique de nanoparticules bimétalliques


Comme chacun sait, l’utilisation d’alliages métalliques massifs remonte à la préhistoire et il a fallu attendre le 19è siècle pour commencer à voir apparaître les premiers diagrammes de phase ! Ce n’est alors qu’à partir du dernier quart du 20è siècle que sont apparues les premières études concernant les diagrammes de phase en surface, celles sur les nanoparticules bimétalliques ayant débuté il y a une vingtaine d’années environ avec l’essor des nanotechnologies. Toutefois, ça n’a pas empêché l’Humanité d’utiliser et les alliages de surface et les nanoparticules bimétalliques depuis l’antiquité !







Les études sur les diagrammes de phases de surface montrent que la solubilité de deux métaux immiscibles en volume augmente en surface, cette augmentation s’accompagnant d’une diminution de la température critique de transition démixtion/désordre en surface.




Si on regarde désormais de plus près ce qui caractérise une nanoparticule de quelques milliers d’atomes, on constate tout d’abord qu’il s’agit d’un objet possédant un rapport surface/volume élevé, de l’ordre de 1 pour 10 à 1 pour 1 ! De plus, la coquille est constituée de différents types de sites, cristallographiquement inéquivalents.




Partant de là et en ayant en tête la thermodynamique des alliages à leur état massif, un certain nombre de questions se posent alors dont les principales sont listées sous forme de schémas ci-dessous :



Une partie de nos activités de ces dernières années a conduit à l’établissement du premier diagramme de phase complet d’une nanoparticule de 405 atomes constituée de cuivre et d’argent, de structure polyèdre de Wulf.

Le résultat majeur est qu’il existe un diagramme de phase pour chaque type de facette de la coquille, distincts d’un troisième relatif au cœur de la nanoparticule. A suffisamment basse température et en fonction de la proportion d’argent dans le système, différentes configurations peuvent alors être observées. Dès lors, avec cette grande diversité de configurations, on imagine très bien les implications que cela peut avoir dans l’utilisation de ces nanoalliages dans leurs divers domaines d’application !