Le principe de la pyrolyse laser en phase vapeur repose sur l’interaction en jets croisés entre un faisceau laser infrarouge CO2 de puissance et un flux de réactifs, dans un réacteur sous atmosphère contrôlée à pression proche de la pression atmosphérique. Pourvu que l’un des réactifs absorbe la lumière à la longueur d’onde du laser (10.6 µm), le transfert d’énergie par collisions est très efficace vers les réactifs, il y a alors élévation très rapide de la température dans la zone d’interaction, les précurseurs sont décomposés thermiquement, donnant lieu à une vapeur hautement sursaturée où la taille critique de nucléation homogène est très faible. Le taux de nucléation et la taille finale des particules dépendent essentiellement de la concentration en réactifs, la distribution de taille est étroite et les poudres faiblement agglomérées.
Deux configurations de réacteur peuvent être utilisées : la configuration simple étage mise en œuvre depuis longtemps au LEDNA, et la configuration double étage développée plus récemment qui permet notamment de synthétiser des nanoparticules cœur@coquille.
Parmi les différentes méthodes de synthèse de nanoparticules en phase vapeur, la pyrolyse laser se distingue par sa souplesse et la variété des composés qu’elle peut produire tant en termes de composition chimique que de morphologie et de cristallinité. Les précurseurs peuvent être gazeux ou liquides. Dans le cas d’un liquide, le précurseur est injecté dans le réacteur sous forme d’aérosol.
Les taux de production sont compris entre 1 et 100 g/h en laboratoire et peuvent atteindre 1 kg/h sur pilote de production pour des nanoparticules de SiC (voir le site internet de Nanomakers).
Différentes nanopoudres peuvent être synthétisées: Si, SiC, Si@C, Si/C/N, a-C:H, C60, TiC, WC, FeC, Fe3C, TiB2, ZrB2, Fe, Fe2O3, TiO2, Al2O3, V2O5, CrO2, MoS2, SnO2, ZnFe2O4, etc. Plusieurs paramètres permettent de contrôler les caractéristiques des nanoparticules. La puissance et la focalisation du laser, la pression, le débit des précurseurs et la dilution du milieu permettent d’ajuster la température de réaction et la pression partielle en réactifs. En choisissant judicieusement ces paramètres, on peut contrôler la nature, la cristallinité et la taille des nanoparticules dans une large gamme.
