Measurement of nanoparticles by digital in-line holography

• Auteur / Autrice : Darawan Pejchang
• Direction : Gérard Gréhan, Marc Brunel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Agence nationale de la recherche (France ; 2005-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Holographie numérique

Nanoparticules

Inclusions fluides

Bulles -- Dynamique

Mots clés libres

Photo-thermique bullaire induite par laser

Résumé

Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode pour mesurer la taille et la forme de nanoparticules en utilisant l'holographie numérique dans l’axe en association un processus photo-thermique d’échauffement induit par laser. Une suspension de nanoparticules en très faible concentration et en milieu dilué dans une goutte d’eau, est chauffée par un laser impulsionnel. Une bulle de vapeur d’eau, stable, entourant la nanoparticule secondaire à l’échauffement est créée. La transposition de taille de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique est alors obtenue. Ce processus photo-thermique est utilisé pour relier la taille de la bulle à la taille de la nanoparticule. On obtient les relations fonctionnelles entre le rapport d'aspect et le volume de la bulle et ceux de la nanoparticule. Ces fonctions dépendent des caractéristiques de l'impulsion laser, de la température initiale de la nanoparticule et l’indice optique de l'eau et sont également spécifiques à la matière et à la forme de la nanoparticule. Une nanoparticule sphérique de TiO2 est utilisée dans cette démonstration. Le diamètre mesuré expérimentalement est en bon accord avec le diamètre moyen de l'échantillon. Cela signifie que la mesure indirecte utilisant la bulle de vapeur d’eau obtenue par cavitation autour de la nanoparticule peut être considéré comme efficace pour obtenir la taille d'une nanoparticule.

In this thesis we study and develop a new methodology to measure the size and shape of individual nanoparticles by using digital in-line holography (DIH) microscopy in association with a photothermal process. Due to the limited resolution of the direct DIH technique at the nanoscale, an indirect measurement is treated. Instead of recording the hologram of a nanoparticle directly, the nanoparticle suspension is suddenly heated by a powerful pulse laser. Then a vapor bubble cavitation surrounding the nanoparticle is formed in order to increase the object size from the DIH point of view. The photothermal process is used to link the size of the bubble to the size of the nanoparticle. We obtain the functional relations between the aspect ratio and volume of the bubble and those of the nanoparticle from this process. These functions are dependent on the characteristics of the laser pulse, the initial temperature of the nanoparticle and the water medium, and are also specific to the material and shape of the nanoparticle. A spherical nanoparticle of TiO2 is used in this demonstration. The measured diameter is in good agreement with the average diameter of the sample. This means that the indirect measurement employing the cavitation vapor bubble around the nanoparticle can be considered as efficient to obtain the size of a nanoparticle. This technique has the ability to take into account the shape (ellipticity) of the bubble.