E1 Dimensionnalité et classification

Topique

La dimensionnalité de cette nanostructure — qu'il s'agisse d'un point quantique quasiment sans extension (0D), d'un nanofil ou d'un nanotube unidimensionnel (1D), d'une feuille bidimensionnelle (2D) ou d'une nanoparticule tridimensionnelle (3D) — détermine l'évolution de son rapport surface/volume lors de sa croissance ou de sa contraction : plus le nombre de dimensions de cette nanostructure est faible, plus ce rapport surface/volume augmente rapidement lorsque sa taille caractéristique diminue. Le fait que cette nanostructure soit 0D, et non 1D, 2D ou 3D, induit une variation maximale du rapport surface/volume lors de la réduction de sa taille caractéristique.

Un rapport surface/volume élevé, déterminé par la dimensionnalité et la taille caractéristique de cette nanostructure, augmente la proportion d'atomes de surface au sein de cette même nanostructure : la proportion d'atomes situés spécifiquement à sa surface exposée, plutôt que d'être complètement entourés d'autres atomes à l'intérieur de la nanostructure. Un rapport surface/volume plus élevé augmente également la proportion d'atomes de surface, jusqu'à atteindre, à la limite d'une nanostructure extrêmement petite, le point où la quasi-totalité de ses atomes sont des atomes de surface.

Par conséquent, ce modèle, avec la dimensionnalité et le rapport surface/volume pour lesquels il a été développé, détermine en définitive à quel moment les effets de surface de cette nanostructure prédominent sur le comportement du même matériau à l'état massif : lorsque cette proportion d'atomes de surface est élevée, le comportement de cette nanostructure est régi par ce qui se passe à sa surface, et non plus par le comportement moyen d'un volume intérieur relativement petit. Le fait que cette proportion d'atomes de surface, déterminée ici à partir de la dimensionnalité et de la taille de cette nanostructure, constitue la base dimensionnelle de deux autres modèles de cet ensemble signifie que ces deux modèles en dépendent directement : celui qui décrit l'énergie de surface de cette nanostructure, proportionnelle à cette même proportion d'atomes de surface, et celui qui décrit la fonctionnalisation de sa surface, qui réutilise cette même surface comme espace disponible pour l'ancrage de tout revêtement fonctionnel.

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