Structure et ordre chimique dans les
nanoparticules bimétalliques
Cas du système immiscible Fe-Bi
L'association de deux métaux dans un même nanomatériau permet de combiner les effets de
taille et de mélange à même de susciter de nouvelles propriétés, différentes de celles attendues
dans le massif, et donc de nouvelles fonctions. Cette association donne cependant lieu à toute
une variété d'organisation atomique et de distribution des éléments allant de la solution solide
aux domaines ségrégés en passant par les alliages ordonnés. L'investigation de la structure et
de l'ordre chimique dans les nanosystèmes bimétalliques est essentielle à la compréhension de
leurs propriétés. Ce travail est dédié à comprendre comment s'organise dans une
nanoparticule le système fer-bismuth, totalement immiscible dans le massif et qui réunit deux
métaux de propriétés très différentes. Nous avons étudié la structure et l'ordre chimique de
nanoparticules bimétalliques Fe-Bi synthétisées par voie de chimie douce et leur évolution
suivant les différents paramètres de la synthèse. Cette étude s'appuie sur une combinaison de
différentes techniques expérimentales permettant d'analyser la structure de façon statistique
par les techniques de rayons X : EXAFS et WAXS, comme localement par des analyses de
microscopie électronique à haute résolution. Le couplage avec différentes techniques
d'analyses chimiques permet aussi d'étudier les gradients de composition du coeur vers la
surface. En effet, les techniques de spectroscopies associées à la microscopie électronique en
transmission, EDX et EELS, ont permis d'identifier localement la présence des espèces
chimiques tandis que l' XPS et l'Auger nous ont renseigné sur l'environnement chimique des
espèces présentes au niveau de la surface. |
Structure and chemical order in bimetallic
nanoparticles
Case of the immiscible Fe-Bi system
Combining two metals in the same nanomaterial allows to combine size and mixing effects to
create new properties different from those expected in the bulk, and thus new functions.
However, this association gives rise to a variety of atomic organizations and elemental
distribution of from solid solution to fully segregated domains going through ordered alloys.
Investigating the structure and chemical order in bimetallic nanosystems is thus essential to
understand their properties. This work aims at understanding how the iron-bismuth system
organizes in a nanoparticle, knowing that this system is fully immiscible in the bulk and that
these two metals have completely different properties. We studied the structure and chemical
order in Fe-Bi bimetallic nanoparticles synthesized by a soft chemistry route as well as their
evolution according to various parameters of the synthesis. This study uses a combination of
different experimental techniques to analyze the structure statistically by X-ray techniques as
EXAFS and WAXS, as well as locally by high resolution electron microscopy. Techniques
suitable for chemical analyses were also used to check the occurrence of compositional
gradients from the core to the surface of the particle. Indeed, spectroscopy techniques
associated with transmission electron microscopy, EDX and EELS, allowed us to identify
locally the presence of chemical species while XPS and Auger provided information on the
chemical environment of species present at the surface. |