Ce cours décrit les stratégies de synthèse permettant d’accéder aux mésocristaux. Ces mésocristaux résultent de l’assemblage ou de l’agrégation ordonnée de nanoparticules bien calibrées en taille et parfaitement définies en forme. Nous avons dans un premier temps précisé simplement les différences marquantes qui existent entre la cristallisation conventionnelle basée sur la nucléation de germes puis leur croissance par adsorption de monomères présents en solution, et la formation des mésocristaux. Ce dernier processus passe par la stabilisation temporaire de nanobriques bien définies qui s’agrègent selon un processus de collage orienté pour former un supracristal. Dans une dernière étape, un phénomène de gommage ou de fusion des nanocristallites conduit à la formation d’un édifice monocristallin ou en apparence monocristallin. Lorsque la sous- structure nano-particulaire n’est pas apparente, la mise en évidence de la mésocristallisation est quelque fois difficile. Il faut dans ce cas avoir recours au suivi in situ de l’ensemble du processus et analyser toutes les étapes de formation du cristal par microscopie électronique et par diffraction ou diffusion des rayons X.
Des assemblages de nanobriques préformées puis assemblées dans une seconde étape en mésocristaux représentent les milieux modèles en cours d’étude dans de nombreux groupes de recherche. Grâce à la maîtrise des états de la surface des nanoparticules (charge, ligands hydrophiles ou hydrophobes), de la nature du solvant et la température, de la méthode de séchage et la présence éventuelle d’un support, une véritable « chimie supra-nanoparticulaire » est en train de naître, dans laquelle les nano-objets, constituants l’assemblage, sont les analogues des atomes des édifices cristallins.
Cette maîtrise des interactions attractives (van der Waals, hydrophobes, solvophobes, liaisons hydrogène, forces capillaires, forces dipolaires, et magnétiques) et répulsives (forces électrostatiques et stériques, forces dipolaires, et magnétiques) fait partie de l’art du chimiste et permet la formation contrôlée d’assemblages mésoscopiques bidimentionnels et tridimensionnels. Ce cours a été illustré avec des exemples très variés allant d’édifices relativement simples (assemblages de cubes ou de sphères) à des édifices plus complexes. Il a été également montré que les stratégies développées étaient très générales quelle que soit la composition et la forme des nanobriques. Afin de mieux mettre en évidence les paramètres gouvernant la réussite des assemblages formant les supracristaux, nous avons tout d’abord présenté des édifices simples formés d’octaèdres d’oxyde de manganèse, de nanoparticule d’argent ou d’or. Puis des assemblées plus complexes formées de latex et de silice de différentes tailles, des méso-réseaux composites formés de nanoparticules de métaux différents, de superbes pavages bi-particulaires constitués de nanocristaux d’halogénures de terres rares ou de chalcogénures métalliques et de métaux ont été présentés. Les propriétés physiques spécifiques et collectives de ces assemblages supra-nanoparticulaires sont encore en cours d’étude. Dans une seconde partie, nous avons décrit des mésocristaux encore plus originaux constitués de superstructures périodiques d’octopodes de sulfure de cadmium enchevêtrés ou de superbes assemblages ordonnés de nanoparticules de sulfure de plomb ayant des morphologies en forme d’étoile. En conclusion, nous avons montré que l’application d’un champ externe (magnétique ou électrique) permettait d’assister très efficacement la formation de mésocristaux tridimensionnels dont les éléments constitutifs sont par exemple des nanoparticules cœur-couronne oxyde de fer-silice.
Les milieux tels que ceux permettant la formation de biominéraux ou les biomorphes ayant des formes finales courbes, sont plus complexes encore, car dans ce cas, au cours de la synthèse, les nanobriques sont générées in situ et leur assemblage en mésocristaux est consécutif ou simultané. Ces exemples passionnants ont fait l’objet de la sixième leçon.
