M2 Bottom-Up Synthèse : Nucléation et Croissance (Modèle LaMer)

Topique

Dans cette synthèse ascendante, la concentration du précurseur dissous, au fur et à mesure de sa génération ou de sa libération dans la solution, augmente jusqu'à dépasser le seuil de LaMer. Ce n'est qu'à ce moment-là que la solution devient suffisamment sursaturée pour déclencher une nucléation explosive, au cours de laquelle un grand nombre de nouveaux noyaux de cette nanoparticule apparaissent presque simultanément. Le fait que la concentration du précurseur augmente plus lentement à l'approche de ce seuil de LaMer implique qu'une fois celui-ci dépassé, la sursaturation résultante est plus faible et, par conséquent, cette nucléation explosive produit moins de nouveaux noyaux.

Le fait que cette nucléation explosive consomme, presque instantanément, une grande quantité de précurseur dissous provoque une chute tout aussi rapide de la concentration du précurseur en dessous du seuil de LaMer : une fois cette concentration inférieure à ce seuil, aucun nouveau noyau n'apparaît et le précurseur qui continue d'être généré ou libéré se dépose sur les noyaux déjà produits par cette nucléation explosive, induisant leur croissance par diffusion. Le fait que la concentration de précurseur, après l'explosion initiale, reste inférieure au seuil de LaMer pendant toute la durée de cette synthèse ascendante empêche toute nouvelle nucléation explosive.

Ainsi, ce modèle, avec sa nucléation explosive et sa croissance contrôlée par diffusion, fait de cette séparation temporelle entre les deux étapes la clé de l'obtention de nanoparticules monodisperses : puisque tous les noyaux de cette nucléation explosive apparaissent presque simultanément, ils disposent tous d'un temps de croissance sensiblement identique lors de la croissance ultérieure contrôlée par diffusion. Cette croissance, par sa nature même, favorise également les noyaux les plus petits, qui croissent légèrement plus vite que les plus grands, produisant un effet de focalisation de la taille qui resserre encore la distribution granulométrique résultante. Le fait que cette séparation temporelle entre la nucléation explosive et la croissance contrôlée par diffusion soit essentielle à cette monodispersité place ce modèle en opposition directe avec un autre modèle de cet ensemble, celui qui décrit la maturation d'Ostwald, un processus qui, à l'inverse, détruit cette même monodispersité s'il se poursuit au-delà de cette croissance contrôlée par diffusion.

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