Premier laboratoire flambant neuf du projet NanoChem, implanté au bâtiment 125 actuellement en cours de réhabilitation, les 160 m² de SWAXS-Lab se laissent découvrir dès le couloir. Quatre dispositifs expérimentaux complémentaires de diffusion de rayons X, des petits (Small Angle X-ray Scattering ou SAXS) aux grands angles (Wide-AXS ou WAXS), ainsi qu'en incidence rasante (Grazing incidence-SAXS ou GISAXS), y sont installés. Un de ceux-ci vient d'être très récemment acquis par le LLB : ce nouvel équipement Xeuss 2.0, fabriqué par la société Xenocs en partenariat avec le synchrotron SOLEIL, est très polyvalent avec différentes gammes d'observation et permet des mesures automatiques sur plusieurs échantillons (jusqu'à une trentaine !).
Les techniques de diffusion des rayons X sont sensibles à l'organisation locale de la matière, via la densité électronique. Elles sont similaires dans leur principe à celles de diffusion de neutrons (SANS, WANS, GISANS), d'où le rapprochement naturel, sur la thématique des nanosciences, entre les expérimentateurs utilisant les rayons X (Nimbe), et ceux utilisant la diffusion de neutrons (LLB), très sensible à la présence d'éléments légers et au magnétisme.
Complémentaire des techniques de microscopies, la diffusion de rayons X ne requiert pas de préparation d'échantillon (de séchage notamment), ni de support spécifique. Elle autorise l'analyse de l'organisation d'un très grand nombre de nanoparticules, supérieur à 1010, au lieu de quelques centaines en microscopie. Elle permet d'observer l'homogénéité de la matière molle ou très peu organisée et de réaliser des statistiques très précises sur la taille et la distribution de nanoparticules sur une surface, ou en suspension dans un liquide.
SWAXS-Lab Saclay a été conçu pour suivre la synthèse chimique de nanomatériaux "au laboratoire". Il permet de mener à bien des expériences complètes, de manière autonome et dans la durée. Si des expériences complémentaires sont ensuite requises auprès de grands instruments, les expériences réalisées valident les demandes déposés pour des mesures synchrotron (à Soleil notamment, où la ligne SWING autorise par exemple des mesures rapides de cinétique par SAXS, WAXS et GISAXS) ou par diffusion de neutrons (lignes SANS du LLB ou de l'ILL, ou prochainement auprès de la future source européenne ESS).
Plusieurs industriels utilisent déjà la plateforme de SWAXS-Lab, qu'il s'agisse d'étudier la qualité d'un polymère, le comportement d'un revêtement antibuée sur des verres ou encore la chimie de nanoparticules intégrées dans les pneumatiques.
* Nimbe : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (UMR CEA-CNRS).
La diffusion de rayons XLes rayons X sont diffusés sur une suspension contenant des nanoparticules un peu comme la lumière des phares dans le brouillard. En sélectionnant convenablement la longueur d'onde, la focalisation du faisceau, l'épaisseur de la suspension et la distance d'observation, les rayons X diffusés témoignent de la structure de l'échantillon à l'échelle du nanomètre. La figure de diffraction renferme en effet des informations à la fois sur la taille des nanoparticules et sur leur distribution statistique.