{"id":10867,"date":"2025-11-03T16:18:45","date_gmt":"2025-11-03T16:18:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.vizorsun.com\/comment-savoir-si-loxyde-de-zinc-est-nano-ou-non-nano\/"},"modified":"2025-11-03T16:18:45","modified_gmt":"2025-11-03T16:18:45","slug":"comment-savoir-si-loxyde-de-zinc-est-nano-ou-non-nano","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vizorsun.com\/fr\/comment-savoir-si-loxyde-de-zinc-est-nano-ou-non-nano\/","title":{"rendered":"Comment savoir si l’oxyde de zinc est nano ou non nano ?"},"content":{"rendered":"

Strat\u00e9gies analytiques pour la v\u00e9rification de la taille des particules \u00e0 l’aide de SEM, DLS, BET et XRD<\/strong><\/h4>\n

L’oxyde de zinc (ZnO) est connu depuis des d\u00e9cennies comme un compos\u00e9 polyvalent utilis\u00e9 dans les \u00e9crans solaires et les cosm\u00e9tiques, ainsi que dans les catalyseurs industriels et les c\u00e9ramiques. Plus r\u00e9cemment, l’av\u00e8nement de la recherche en nanotechnologie a accru l’utilisation du \u00ab\u00a0nano-ZnO\u00a0\u00bb en raison des \u00e9nergies de surface consid\u00e9rablement plus \u00e9lev\u00e9es associ\u00e9es \u00e0 des tailles de particules inf\u00e9rieures \u00e0 100 nm.<\/a> <\/p>\n

Depuis peu, il est devenu n\u00e9cessaire pour des organisations telles que l’initiative REACH de l’UE et la FDA am\u00e9ricaine d’\u00e9tablir des d\u00e9finitions claires des formes \u00ab\u00a0nano\u00a0\u00bb et \u00ab\u00a0nonnano\u00a0\u00bb de ces compos\u00e9s, d’autant plus que les nanomat\u00e9riaux peuvent agir tr\u00e8s diff\u00e9remment dans les environnements biologiques et environnementaux. L’\u00e9tablissement du statut \u00ab\u00a0nano\u00a0\u00bb d’un \u00e9chantillon de ZnO donn\u00e9 souligne donc la n\u00e9cessit\u00e9 d’une analyse de<\/a> haute qualit\u00e9. <\/p>\n

Cet article explique comment d\u00e9terminer si un \u00e9chantillon d’oxyde de zinc est nanom\u00e9trique ou non \u00e0 l’aide des principales techniques analytiques : la microscopie \u00e9lectronique \u00e0 balayage (MEB), la diffusion dynamique de la lumi\u00e8re (DLS), l’analyse de la surface Brunauer-Emmett-Teller (BET) et l’estimation de la taille des cristallites par diffraction des rayons X (XRD\/XRDC). Chaque m\u00e9thode fournit des informations compl\u00e9mentaires sur la taille, la morphologie et l’agr\u00e9gation et, ensemble, elles permettent d’obtenir une classification d\u00e9fendable, conforme aux normes internationales telles que la norme ISO\/TR 13014 et les lignes directrices de<\/a> l’OCDE. <\/p>\n

1) Comprendre la signification du terme \u00ab\u00a0nano\u00a0\u00bb.<\/strong><\/h3>\n

Selon la Commission europ\u00e9enne, un nanomat\u00e9riau est un mat\u00e9riau naturel, produit accidentellement ou artificiel constitu\u00e9 de particules non li\u00e9es ou agr\u00e9g\u00e9es\/manipul\u00e9es sous forme d’agr\u00e9gats, et dont 50 % ou plus de ces particules ont au moins une dimension mesur\u00e9e ext\u00e9rieurement comprise entre 1 et 100 nm. Les poudres de ZnO non nanom\u00e9triques ou microscopiques ont des diam\u00e8tres de particules allant de plusieurs centaines de nanom\u00e8tres \u00e0 quelques microm\u00e8tres<\/a>. <\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Cependant, le ZnO peut former des agr\u00e9gats constitu\u00e9s de groupes de cristallites primaires faiblement li\u00e9s et maintenus ensemble par des forces de van der Waals. Ces agr\u00e9gats peuvent avoir des tailles bien sup\u00e9rieures \u00e0 100 nm, bien que la taille des cristallites soit de l’ordre du nanom\u00e8tre. Il est donc essentiel de distinguer la taille des cristallites primaires de celle des agr\u00e9gats. Les techniques d’analyse actuelles ne permettent pas d’atteindre cet objectif en raison de la complexit\u00e9 de la d\u00e9termination de la<\/a> taille. <\/p>\n

2) Microscopie \u00e9lectronique \u00e0 balayage (MEB) : Visualisation de la morphologie des particules<\/strong><\/h3>\n

Principe et application :<\/strong><\/h4>\n

Au MEB, un faisceau d’\u00e9lectrons focalis\u00e9 est utilis\u00e9 pour cr\u00e9er des images de la surface avec une r\u00e9solution de l’ordre du nanom\u00e8tre. Les \u00e9lectrons secondaires collect\u00e9s ou r\u00e9trodiffus\u00e9s produisent des images qui refl\u00e8tent la forme des particules de ZnO, qu’elles soient sph\u00e9riques, en forme de b\u00e2tonnets, hexagonales ou en forme de plaques<\/a>. <\/p>\n

Pr\u00e9paration de l’\u00e9chantillon :<\/strong><\/h4>\n

La poudre de ZnO est g\u00e9n\u00e9ralement suspendue sur des supports de ruban de carbone conducteur, avec une fine couche de film d’or ou de platine pour \u00e9viter le chargement. La suspension minutieuse de la poudre \u00e9vite les chevauchements de particules et permet de d\u00e9terminer la taille des particules \u00e0 partir des particules primaires. <\/p>\n

Interpr\u00e9tation<\/strong><\/h4>\n

Des micrographies \u00e0 haute r\u00e9solution peuvent \u00eatre utilis\u00e9es pour d\u00e9terminer la taille des particules individuelles \u00e0 l’aide d’un logiciel d’analyse d’images tel qu’ImageJ. La taille des particules doit \u00eatre inf\u00e9rieure \u00e0 100 nm. Si c’est le cas, il s’agit de nano-ZnO. L’analyse MEB permet \u00e9galement de d\u00e9terminer l’agr\u00e9gation des particules, la rugosit\u00e9 de la surface et la porosit\u00e9. <\/p>\n

Le MEB permet de visualiser directement la taille, la forme et les d\u00e9tails de la surface des particules, mais il ne dispose pas de capacit\u00e9s d’\u00e9chantillonnage statistique robustes et peut \u00eatre affect\u00e9 par des artefacts provenant de la pr\u00e9paration ou de l’agr\u00e9gation des \u00e9chantillons. En g\u00e9n\u00e9ral, les nano-ZnO pr\u00e9sentent des agr\u00e9gats de cristallites hexagonales de 20 \u00e0 80 nm, par opposition aux grains lisses de la taille d’un micron des poudres non nanom\u00e9triques. C’est pourquoi les micrographies SEM sont g\u00e9n\u00e9ralement incluses dans la documentation officielle relative \u00e0 la d\u00e9termination de la<\/a> taille des nanomat\u00e9riaux. <\/p>\n

3) Diffusion dynamique de la lumi\u00e8re (DLS) : Mesure du diam\u00e8tre hydrodynamique<\/strong><\/h3>\n

Hypoth\u00e8se et mise en \u0153uvre :<\/strong><\/h4>\n

La DLS mesure la taille des particules en analysant les fluctuations de la lumi\u00e8re laser diffus\u00e9e caus\u00e9es par le mouvement brownien. Le coefficient de diffusion DDD d’une particule peut \u00eatre d\u00e9riv\u00e9 de l’\u00e9quation de Stokes-Einstein. <\/p>\n

Comme les particules de ZnO ont tendance \u00e0 former des agr\u00e9gats dans les solutions liquides, la DLS donne des tailles de particules plut\u00f4t que des tailles de<\/a> cristallites individuelles.<\/p>\n

Pr\u00e9paration de l’\u00e9chantillon :<\/strong><\/h4>\n

Utilisez les ultrasons pour disperser le ZnO dans un solvant \u00e0 faible force ionique, tel que l’\u00e9thanol ou l’eau, \u00e0 un pH de 7 \u00e0 8. Les tensioactifs ne doivent pas \u00eatre utilis\u00e9s comme dispersants. Ils pourraient fausser les donn\u00e9es. <\/p>\n

Interpr\u00e9tation<\/strong><\/h4>\n

Sur la base des donn\u00e9es DLS pond\u00e9r\u00e9es par l’intensit\u00e9, un pic important inf\u00e9rieur \u00e0 100 nm et un indice de polydispersit\u00e9 inf\u00e9rieur \u00e0 0,3 indiquent une suspension principalement nanom\u00e9trique. Des pics plus larges et sup\u00e9rieurs \u00e0 200 nm indiquent une agr\u00e9gation ou des suspensions<\/a> non nanom\u00e9triques. <\/p>\n

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Figure 1 : Effet de la taille des particules sur les fluctuations de l’intensit\u00e9 de la lumi\u00e8re diffus\u00e9e (a,b), la fonction d’autocorr\u00e9lation correspondante (c,d) et la distribution de la taille des particules (e,f).<\/figcaption><\/figure>\n

DLS : une technique rapide et non destructive qui fonctionne parfaitement sur les solutions de dispersion. Cependant, elle est affect\u00e9e par l’agr\u00e9gation, ne prend en compte que les particules sph\u00e9riques et ne peut pas traiter les poudres s\u00e8ches. La DLS permet de compl\u00e9ter les techniques de microscopie telles que le MEB… <\/p>\n

4) Analyse BET de la surface : Lien entre la surface et la taille \u00e9quivalente des particules<\/strong><\/h3>\n

Principe<\/strong><\/h4>\n

La m\u00e9thode Brunauer-Emmett-Teller (BET) d\u00e9termine la quantit\u00e9 d’azote gazeux adsorb\u00e9 \u00e0 la surface d’un mat\u00e9riau \u00e0 des temp\u00e9ratures cryog\u00e9niques. Vous pouvez transformer la surface sp\u00e9cifique (m\u00b2\/g-\u00b9) en un diam\u00e8tre de particule \u00e9quivalent si vous connaissez la densit\u00e9 et si les particules ne sont pas poreuses et sont de forme<\/a> sph\u00e9rique. <\/p>\n

dBET = 6\/pS<\/p>\n

O\u00f9 dBET = diam\u00e8tre moyen des particules, p = densit\u00e9 (pour ZnO \u2248 5,61 g cm-\u00b3), et S = surface BET.<\/p>\n

Interpr\u00e9tation :<\/strong><\/h4>\n

Les surfaces BET des nano-ZnO (20-50 nm) sont g\u00e9n\u00e9ralement de 20-50 m\u00b2\/g-\u00b9 ou plus, alors que les surfaces BET des ZnO de taille micronique sont inf\u00e9rieures \u00e0 5 m\u00b2\/g-\u00b9. Une grande surface favorise donc la classification \u00e0 l’\u00e9chelle nanom\u00e9trique, m\u00eame lorsque l’imagerie directe est difficile. <\/p>\n

La m\u00e9thode BET fournit une moyenne globale fiable sur une grande masse d’\u00e9chantillon et n’est pas affect\u00e9e par l’agglom\u00e9ration des particules, ce qui la rend utile pour mesurer la surface globale. Mais elle ne fonctionne qu’avec des particules lisses et non poreuses et ne peut pas faire la distinction entre les pores internes et les surfaces externes, de sorte qu’elle ne constitue pas une mesure directe de la taille des particules. Pour des raisons r\u00e9glementaires, l’analyse BET est souvent utilis\u00e9e en conjonction avec le MEB pour s’assurer que la taille des particules d\u00e9termin\u00e9e par la surface correspond aux formes observ\u00e9es. <\/p>\n

5) Diffraction des rayons X (XRD\/XRDC) : Estimation de la taille des cristallites<\/strong><\/h3>\n

Principe :<\/strong><\/h4>\n

La diffraction des rayons X sur poudre d\u00e9termine la structure cristalline de ZnO (g\u00e9n\u00e9ralement hexagonale wurtzite) et permet d’estimer la taille des cristallites \u00e0 partir de l’\u00e9largissement du pic via l’\u00e9quation de<\/a> Scherrer.<\/p>\n

D = \u039a\u03bb\/\u03b2cos \u03b8<\/p>\n

O\u00f9 D = taille moyenne des cristallites, K \u2248 0,9 (facteur de forme), \u03bb = longueur d’onde des rayons X, \u03b2 = largeur totale \u00e0 mi-maximum (radians), et \u03b8 = angle de Bragg.<\/p>\n

Interpr\u00e9tation :<\/strong><\/h4>\n

Les pics de diffraction larges sont li\u00e9s \u00e0 de petits domaines coh\u00e9rents. Une r\u00e9flexion (101) avec \u03b2 \u2248 0,15\u00b0 \u00e0 2\u03b8 = 36\u00b0 donne D = 35 nm. Cela signifie que, m\u00eame lorsqu’ils sont group\u00e9s, les cristaux de ZnO individuels restent \u00e0 l’\u00e9chelle nanom\u00e9trique. <\/p>\n

La diffraction des rayons X (DRX) pr\u00e9sente des avantages et des inconv\u00e9nients. Il s’agit d’une m\u00e9thode non destructive largement utilis\u00e9e qui fournit des informations pr\u00e9cieuses sur la taille des cristallites et la puret\u00e9 des phases. Mais elle ne mesure que les domaines cristallins coh\u00e9rents, pas la taille des agr\u00e9gats, et elle ne peut pas montrer la forme des particules ou la morphologie de la surface. Lorsque des m\u00e9thodes avanc\u00e9es telles que l’affinement de Rietveld ou l’analyse \u00e0 haute r\u00e9solution sont utilis\u00e9es pour obtenir des corr\u00e9lations taille-d\u00e9formation plus pr\u00e9cises, le terme XRDC (cristallographie par diffraction des rayons X) est souvent utilis\u00e9<\/a>. <\/p>\n

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Figure 2 : Sch\u00e9mas de diffraction des rayons X (DRX) de films minces d’oxyde de zinc (ZnO) \u00e0 7 couches obtenus avec un angle d’incidence de 1\u00b0 : ( a ) non dop\u00e9, ( b ) dop\u00e9 \u00e0 1 % d’Al, ( c ) dop\u00e9 \u00e0 2 % d’Al.<\/figcaption><\/figure>\n

6) Combinaison de plusieurs techniques : Un cadre d\u00e9cisionnel<\/strong><\/h3>\n

Une approche multi-m\u00e9thodes est n\u00e9cessaire pour d\u00e9terminer avec pr\u00e9cision si le ZnO est nano ou non nano, car chaque outil analytique examine un aspect diff\u00e9rent de la taille des particules. Le flux de travail g\u00e9n\u00e9ral commence par le MEB pour analyser la morphologie et estimer la taille des particules primaires. Ensuite, le XRD\/XRDC est utilis\u00e9 pour confirmer la taille des cristallites et d\u00e9tecter les domaines<\/a> nanom\u00e9triques. <\/p>\n

Ensuite, une analyse BET est utilis\u00e9e pour d\u00e9terminer la relation entre la surface et le diam\u00e8tre \u00e9quivalent des particules. La DLS est ensuite utilis\u00e9e pour d\u00e9terminer la taille hydrodynamique dans des milieux pertinents, tels que les formulations d’\u00e9crans solaires. Si deux m\u00e9thodes ind\u00e9pendantes, typiquement SEM et XRD, indiquent des tailles de particules inf\u00e9rieures \u00e0 100 nm, le mat\u00e9riau est appel\u00e9 nano-ZnO. Si toutes les tailles mesur\u00e9es sont sup\u00e9rieures \u00e0 100 nm et que la surface BET est faible, le mat\u00e9riau est appel\u00e9 non-nano ZnO<\/a>. <\/p>\n

Exemple de classification :<\/strong><\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n
Technique<\/strong><\/td>\nParam\u00e8tres<\/strong><\/td>\nNano-ZnO typique<\/strong><\/td>\nNon-Nano ZnO typique<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n
SEM<\/td>\nTaille des particules primaires<\/td>\n20-80 nm<\/td>\n200 nm-5 \u00b5m<\/td>\n<\/tr>\n
DLS<\/td>\nTaille hydrodynamique<\/td>\n50-150 nm<\/td>\n> 500 nm<\/td>\n<\/tr>\n
BET<\/td>\nSurface<\/td>\n20-60 m\u00b2 g-\u00b9<\/td>\n1-5 m\u00b2 g-\u00b9<\/td>\n<\/tr>\n
XRD<\/td>\nTaille des cristallites<\/td>\n20-60 nm<\/td>\n> 150 nm<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

L’utilisation de ces seuils permet aux laboratoires de fournir des preuves quantitatives conform\u00e9ment \u00e0 la norme ISO 9276 (analyse granulom\u00e9trique).<\/p>\n

7) Techniques \u00e9mergentes<\/strong><\/h3>\n

Il existe aujourd’hui de nouveaux outils analytiques qui am\u00e9liorent la classification de la taille du ZnO au-del\u00e0 des quatre m\u00e9thodes classiques :<\/p>\n