Nanométrologie

 

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La nanométrologie est la science des mesures ramenée à l'échelle du nanomètre.

L'équipe de nanométrologie (NM) du CNRC développe l'infrastructure, l'expertise et les normes pour la mesure des nanomatériaux manufacturés. Ce faisant, elle nous aide à mieux comprendre ces nouveaux matériaux et en facilite l'adoption en concevant des matériaux de référence certifiés (MRC). L'équipe NM possède de solides compétences dans l'élaboration et l'application de méthodes de quantification qui repoussent les limites actuelles de sensibilité et de résolution temporelle ou spatiale. Plus particulièrement, elle crée et exploite des approches multimodales qui réunissent de nombreux mécanismes contrastants sur une seule et même plateforme.

Effectuer des mesures quantitatives, méthodiques et reproductibles est fondamental, si l'on veut comprendre les nanomatériaux. De plus, les professionnels de la nanométrologie souhaitent mettre au point des techniques innovantes qu'ils ajouteront à leur panoplie d'outils.

Pourquoi est-ce important?

Les nanosciences et les nanotechnologies ont tant progressé en vingt ans que l'on en est venu à saisir les fondements des phénomènes chimiques et biologiques survenant à l'échelle de la molécule, ce qui a rapidement fait progresser l'industrie nanotechnologique dans des secteurs comme l'électronique, les matériaux et la santé.

La nanométrologie doit absolument avancer de manière considérable pour que la mise au point de produits de consommation articulés sur les nanotechnologies se poursuive. Parmi les difficultés, mentionnons la création de nouvelles et meilleures méthodes de mesure à résolution spatiale, précision et sensibilité supérieures, l'élaboration de normes et de matériaux de référence aux caractéristiques nanométriques et la capacité d'établir une corrélation entre les propriétés et le fonctionnement des nanomatériaux.

Les normes et les méthodes de mesure nanométriques sont à la base même de l'application des nanosciences dans l'industrie canadienne. Grâce à elles, nous saisirons mieux les répercussions des nanomatériaux sur la nature et la vie, et promouvrons un usage plus sûr et éclairé des outils ainsi que des matériaux issus de la nanotechnologie.

Domaines d'expertise

  • métrologie et normes des nanomatériaux cellulosiques
  • quantification des groupes fonctionnels à la surface des nanomatériaux
  • évaluation de la toxicité des nanomatériaux
  • détection nanomécanique de la réaction des cellules cancéreuses à la pharmacothérapie
  • mise au point de méthodes et caractérisation des nanoparticules et des nanotubes
  • développement et caractérisation de matériaux de référence nanométriques
  • méthodes et mesures pour les cultures cellulaires 3D
  • métrologie du nanocarbone
  • électronique imprimable

Installations et capacités

Microscopie en champ proche
  • microscope à force atomique optimisée pour l'imagerie d'échantillons organiques humides et imagerie par fluorescence corrélée à la microscopie à force atomique (JPK, NanoWizardII)
  • microscope à force atomique optimisé pour la cartographie nanomécanique quantitative (QNM), y compris corrélation de la morphologie, adhérence, dissipation de l'énergie et cartographie du module d'élasticité; microscopie à force atomique conductrice, notamment avec module Peakforce Tuna permettant la QNM (Bruker, MultiMode)
  • microscope à effet tunnel (STM) sous vide extrême (Omicron) avec instruments pour la caractérisation des surfaces, y compris spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons haute résolution (HREELS)
  • plateformes pour échantillons multiples (vide extrême, conditions ambiantes, fluides)
Microscopie par fluorescence
  • microscope confocal à disque rotatif (Olympus, IX-81 DSU)
  • microscope de fluorescence par réflexion totale interne (Olympus, IX-81)
  • résolution spatiale, sensibilité (une molécule); fluorescence par transfert d'énergie et rétablissement de la fluorescence après décoloration
Caractérisation des propriétés électroniques
  • postes de sondes (conditions ambiantes et sous vide) dotés des dispositifs électroniques requis pour mesurer la conductivité sous courant continu et l'impédance sous courant alternatif
  • sondes kelvin (conditions ambiantes et sous vide) pour mesurer le travail d'extraction et le photovoltage de surface s
Spectroscopie optique
  • spectrofluoromètre dans l'ultraviolet, le visible et le proche infrarouge et spectrofluoromètre temporel
  • spectrophotomètre dans l'ultraviolet, le visible et le proche infrarouge
  • spectromètre infrarouge à transformée de Fourier, spectromètre Raman (pour la cartographie et la spectroscopie)
Diffusion de la lumière
  • diffusion dynamique de la lumière
  • diffusion multiple de la lumière
  • suivi de particules uniques
Autres méthodes
  • analyse par thermogravimétrie
  • microscopie électronique (à transmission, à balayage)
  • spectroscopie photoélectronique à rayons X
  • titrage conductométrique
  • résonance magnétique nucléaire à semi-conducteurs
  • spectromètre de masse
  • rhéomètre
  • goniomètre à angle de contact
  • ellipsomètre
  • profileuses pour le contrôle de la rugosité et de l'épaisseur
Préparation des échantillons
  • modification de la surface
  • préparation des pellicules de Langmuir-Blodgett
  • culture cellulaire, vérification de la viabilité des cellules
  • boîte à gants (Glovebox)
  • appareil de gravure par plasma
  • ultraviolets-ozone
  • aligneur de masques
  • tournettes

Nos experts

Linda Johnston
Linda Johnston

Organisme

Conseil national de recherches du Canada

Formation

Ph. D. (chimie), Université Western Ontario

Recherches et projets en cours

  • Métrologie et normes pour les nanomatériaux cellulosiques
  • Quantification des groupes à la surface des nanomatériaux

Principales publications

  • Correlating cellulose nanocrystal particle size and surface area
  • Engineered nanomaterials and human health: preparation and analytical characterization
  • Interaction of saponin with phase-separated lipid bilayers

Expertise

  • caractérisation des nanomatériaux par la microscopie
  • la diffusion de la lumière et l'analyse de la composition
  • assemblages lipidiques
Shan Zou
Shan Zou

Organisme

Conseil national de recherches du Canada

Formation

Ph. D. (chimie et physique des polymères), Université de Twente

Recherches et projets en cours

  • Évaluation de la toxicité des nanomatériaux
  • Détection nanomécanique de la réaction des cellules cancéreuses à la pharmacothérapie

Principales publications

  • Evaluation of drug-mediated changes in cardiomyocytes
  • AFM force indentation analysis on leukemia cells
  • Manipulation and quantification of graphene oxide flake size: photoluminescence and cytotoxicity
  • Temperature-induced lipid membrane restructuring and changes in nanomechanics

Expertise

  • caractérisation nanomécanique
  • dosage de la cytotoxicité
  • caractérisation des matériaux et des surfaces
Zygmunt Jakubek
Zygmunt Jakubek

Organisme

Conseil national de recherches du Canada

Formation

Ph. D. (chimie physique), Massachusetts Institute of Technology

Recherches et projets en cours

  • Élaboration de méthodes et caractérisation des nanoparticules et des nanotubes par diffusion de la lumière ainsi que par microscopie et spectroscopie à fluorescence
  • Développement et caractérisation de matériaux de référence nanométriques
  • Nanométrologie

Prix

Prix annuel de l'ISSM pour avoir exploité une installation majeure qui a fait progresser de façon marquante les projets de l'Institut (2010)

Principales publications

  • Correlating cellulose nanocrystal particle size and surface area
  • Self-assembly and visualization of poly (3-hexyl-thiophene) chain alignment along boron nitride nanotubes
  • Low-temperature approach to highly emissive copper indium sulfide colloidal nanocrystals and their bioimaging applications

Expertise

  • spectroscopie par fluorescence
  • microscopie optique
  • diffusion de la lumière
  • caractérisation des nanoparticules et des nanomatériaux
David Kenndy
David Kennedy

Organisme

Conseil national de recherches du Canada

Formation

Ph. D. (chimie), Université de la Colombie-Britannique, 2004

Recherches et projets en cours

  • Quantification et toxicité des nanoparticules d'argent
  • Méthodes de culture et quantification des cultures cellulaires 3D

Prix

Bourse internationale Marie Curie, 2011-2013

Principales publications

  • Carbohydrate functionalization of silver nanoparticles modulates cytotoxicity and cellular uptake
  • Human serum albumin stabilizes aqueous silver nanoparticle suspensions and inhibits particle uptake by cells

Expertise

  • synthèse et caractérisation des particules inorganiques/organiques et des nanoparticules
  • cultures cellulaires et méthodes d'expérimentation en bioanalyse
  • spectroscopie par absorption des rayons X et autres techniques de bioanalyse réalisées au synchrotron
Greg Lopinski
Greg Lopinski

Organisme

Conseil national de recherches du Canada

Formation

Ph. D. (physique), Université Brown

Recherches et projets en cours

  • Métrologie du nanocarbone
  • Électronique imprimable
  • Quantification des groupes fonctionnels en surface

Prix

Prix pour réalisations exceptionnelles du CNRC pour le travail d'équipe, 2001

Principales publications

  • Fully printed and encapsulated SWCNT-based transistors via a combination of R2R gravure and inkjet printing
  • Cyanoethylated pullulan as a high-k solution processable gate dielectric for SWCNT TFTs
  • High-purity semiconducting single-wall carbon nanotubes: a key enabling material in emerging electronics
  • Analysis method for quantifying the morphology of nanotube networks

Expertise

  • science des surfaces
  • microscopie à balayage à effet tunnel
  • mesures électriques des nanomatériaux

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Martin Rutter, conseiller aux affaires
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Courriel : Martin.Rutter@nrc-cnrc.gc.ca
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