Synthèse d'Oxydes (Cu2O, ZnO) Nanopoudreux pour des Applications Médicales et Electroniques (SONAME)

par Sirine Fattoum

Projet de thèse en SGM - Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Jean-paul Chopart et de Valérie Mancier.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de SNI - Sciences du Numérique et de l'Ingénieur , en partenariat avec LISM / ISI (laboratoire) depuis le 15-10-2018 .


  • Résumé

    Les semi-conducteurs sont des composés largement employés du fait de leurs propriétés électroniques particulières mais qui peuvent également présenter des activités antibactériennes notables. Ce projet, transversal et collaboratif entre un laboratoire de sciences des matériaux (LISM EA 4695) et un laboratoire du pôle Santé (BIOS, EA 4691) spécialisé dans les activités antimicrobiennes, propose de s'intéresser à cette double particularité via la synthèse et la caractérisation (magnétiques, optiques, bactériologiques et toxicologiques) de nanopoudres d'oxyde de cuivre (I) (Cu2O) et de zinc (ZnO), dopés ou non, en vue d'applications électroniques (mémoire informatique) et médicales (tissus et revêtements bactéricides). Le choix d'élaborer des nanomatériaux repose sur leur état de division très élevé qui conduit à la fois à une sensibilité accrue dans leur utilisation comparée à celle des matériaux massifs correspondants et à des propriétés électroniques spécifiques dues à leur échelle nanométrique. Outre sa transversalité, l'originalité de ce projet réside dans la technique de synthèse utilisée pour obtenir les nanopoudres d'oxydes. En effet, la sonoélectrochimie pulsée déphasée est une méthode simple, brevetée et transposable au milieu industriel qui permet d'obtenir des particules de grande surface spécifique dont le diamètre moyen est de 7 nm, point particulièrement intéressant pour les applications envisagées qui mettent en jeu des phénomènes interfaciaux où la surface de contact doit être la plus grande possible. Cette technique d'électrodéposition sous ultra-sons est également souple : elle permet de 'jouer' sur plusieurs paramètres de synthèse (potentiel imposé, durée...). Elle possède en outre un bon rendement de synthèse tout en ne produisant pas de sous-produits. En permettant de travailler en milieu aqueux, elle ne nécessite qui plus est aucun ajout de produits chimiques supplémentaires. Le projet consiste donc à synthétiser dans une première partie les deux oxydes, purs puis dopés. Les nanopoudres correspondantes feront ensuite l'objet de mesures optiques, thermophysiques (conductivité, chaleur spécifique...) et de susceptibilité magnétique afin de déterminer si elles présentent un potentiel intéressant pour des applications 'mémoire informatique'. La deuxième partie concerne quant à elle les propriétés bactéricides des nanopoudres ZnO et Cu2O non dopées. En effet, si les études antibactériennes sur l'oxyde de zinc sont assez nombreuses, elles sont nettement plus réduites pour l'oxyde de cuivre (I). En outre, la particularité des poudres issues de la sonoélectrochimie (particules facettées et de grande surface spécifique) pourraient induire un effet bactéricide différent de celles classiquement employées dans la bibliographie. Du fait des applications médicales envisagées à large échelle, une étude toxicologique de ces nanoparticules complètera ce travail. Elle ciblera le devenir des nanoparticules synthétisées, également en fonction de leur état d'agglomération, et permettra de connaître leurs effets potentiels sur la peau, les cellules de la réponse immunitaire ou le sang.

  • Titre traduit

    Synthesis of Nanopowder of Oxides (Cu2O,ZnO) for Medical and Electronic Applications (SONAME)


  • Résumé

    Semiconductors are widely used compounds because of their particular electronic properties but which may also exhibit notable antibacterial activities. This transversal and collaborative project between a materials science laboratory (LISM EA 4695) and a health pole laboratory (BIOS, EA 4691) specializing in antimicrobial activities, proposes to focus on this dual feature through synthesis and characterization (magnetic, optical, bacteriological and toxicological) of copper (I) (Cu2O) and zinc (ZnO) nanopowders, doped or not, for electronic applications(computer memory) and medical applications (bactericidal coatings). The choice to develop nanomaterials is based on their very high state of division, which leads both to an increased sensitivity in their use compared to that of the corresponding bulk materials and to specific electronic properties due to their nanoscale. In addition to its transversality, the originality of this project lies in the synthesis technique used to obtain the nanopowders of oxides. In fact, phase-shifted pulsed sonoelectrochemistry is a simple, patented method that can be applied to the industrial environment which makes it possible to obtain particles with a large specific surface area whose mean diameter is 7 nm, a point of particular interest for the applications envisaged which involve interfacial phenomena where the contact surface must be as large as possible. This ultra-sound electroplating technique is also flexible: it allows to 'play' on several synthesis parameters (imposed potential, duration ...). It also has a good synthesis yield while not producing by-products. The project consists in synthesizing in a first part the two oxides, pure and then doped. The corresponding nanopowders will then be the subject of optical, thermophysical (conductivity, specific heat ...) and magnetic susceptibility measurements in order to determine if they have an interesting potential for 'computer memory' applications.The second part concerns the bactericidal properties of undoped ZnO and Cu2O nanopowders. Indeed, if the antibacterial studies on zinc oxide are quite numerous, they are much smaller for copper oxide (I). In addition, the peculiarity of the powders resulting from sonoelectrochemistry (faceted particles and large surface area) could induce a bactericidal effect different from those conventionally used in the bibliography. Due to the medical applications envisaged on a large scale, a toxicological study of these nanoparticles will complete this work. It will target the fate of the nanoparticles synthesized, also according to their state of agglomeration, and will know their potential effects on the skin, cells of the immune response or blood.