Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites
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Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites

Figure 1 : Principe du procédé HYMALAYAN : Combinaison d’un jet de nanoparticule à la pulvérisation magnétron pour la production de revêtement nanostructurés.

Le procédé (Figure ci-contre) développé dans le cadre du projet ANR HYMALAYAN permet la synthèse en une seule étape de revêtements nanostructurés. Ceux-ci se présentent sous la forme de nanoparticules enrobées dans une matrice.

Le procédé repose sur l’incorporation des nanoparticules en utilisant la voie aérosol. Il combine avantageusement les jets de nanoparticules sous vide et le dépôt physique en phase vapeur (PVD). La nature chimique des nanoparticules et de la mtrice peuvent ainsi être sélectionnés de façon, indépendante.  Le dépôt de la matrice par pulvérisation magnétron pouvant être réalisé à température ambiante, la couche en croissance et son substrat ne sont pas soumis à des températures élevées (< 150°C).

Ce procédé offre ainsi des possibilités étendues d’élaboration de nouveaux types de nanocomposites sur tout type de substrat, ce qui peut être un avantage décisif pour l'élaboration de matériaux à forte valeur ajoutée.

 
Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites

Figure 2. Production d’un jet collimaté (a) ou divergent (b) en fonction de la géométrie de la lentille aérodynamique, notamment du diamètre de son dernier diaphragme (DD).

L’hybridation des deux techniques est rendue possible par l’acheminement des nanoparticules par voie aérodynamique jusqu’au substrat. Le dépôt simultané des particules et de la matrice est réalisé sur la même face du même substrat. Différentes configurations concernant la source de nanoparticules peuvent être envisagées : il est possible de partir soit d’une suspension colloïdale qu’on atomise pour obtenir un jet de nanoaérosols sous vide, soit directement d’une technique de synthèse de nanoparticules en phase gazeuse comme la combustion, le plasma inductif ou la pyrolyse laser.

Les aérosols sont acheminés à l’aide d’un gaz porteur neutre jusqu’à une lentille aérodynamique, où les aérosols nanométriques sont entrainés depuis la pression atmosphérique initiale jusqu'à un vide compatible avec la pulvérisation magnétron, de l’ordre de 5.10-3 mbars. Le dispositif permet également de produire un jet sous vide de nanoparticules dont les propriétés géométriques (convergence/divergence) peuvent être ajustées par le contrôle de la géométrie interne de la lentille aérodynamique. Celle-ci se présente sous la forme d’une succession de compartiments séparés par des diaphragmen, dont les paramètres géométriques permettent d’ajuster les propriétés du jet généré pour chaque classe de taille de nanoparticules et de leur densité .

Il est ainsi possible d’obtenir un jet sous vide de nanoparticules, collimaté ou divergent, selon le choix, par exemple, du diamètre du dernier diaphragme (DD), comme illustré sur la figure 2.

 
Dépôt en phase vapeur (PVD) couplé à un jet de nanoparticules, pour la synthèse de revêtements nanocomposites

Figure 3. Clichés de microscopie électronique à balayage de nanocomposites à base de nanoparticules d’or enrobées dans une matrice de silice pour une faible concentration en nanoparticules (gauche) et une forte concentration en nanoparticules (droite).

Les premiers co-dépôts de nanoparticules d’or dans une matrice de silice ont été réalisés pour différentes concentrations en nanoparticules dans les revêtements. La morphologie des dépôts dépend significativement de la concentration en nanoparticules, comme l'illustre la figure ci-contre.

Contact : Olivier Sublemontier, (NIMBE/LEDNA).

 

Maj : 03/08/2018 (2889)

 

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