Principe de la pyrolyse laser
Il repose sur l’interaction en jets croisés entre un faisceau laser infrarouge CO2 et un flux de réactifs dans un réacteur sous atmosphère contrôlée. Le transfert d’énergie provoque une élévation de température dans la zone de réaction, les précurseurs sont dissociés, une flamme apparaît dans laquelle des nanoparticules sont formées sans interaction avec les parois du réacteur. Les précurseurs peuvent être gazeux ou liquides. Dans le cas d’un liquide, le précurseur est injecté dans le réacteur sous forme d’aérosol.
Parmi les différentes méthodes de synthèse de nano-objets, 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 étapes du processus sont :
- Excitation des états vibrationnels des molécules absorbant le rayonnement infrarouge
- Transfert de l’excitation par collision à toutes les molécules du milieu
- Dissociation des molécules donnant lieu à une vapeur saturée
- Nucléation homogène
- Croissance des nanoparticules
Le rendement chimique peut être supérieur à 90% pour les précurseurs gazeux.
Les taux de production sont compris entre 30 et 100 g/h pour les nanopoudres à base de Si en laboratoire et peuvent atteindre 1 kg/h sur pilote de production pour des nanoparticules de SiC.
Les principaux paramètres ajustables sont :
- La nature des précurseurs (par exemple : SiH4, C2H4, HMDS, TEOS, … .)
Grâce à cette grande variété de précurseurs, différentes poudres nanostructurées ont déjà été obtenues par pyrolyse laser, par exemple : Si, SiC, Si/C/N, Si/C/N/Y/Al, Si/C/B/N, Si/C/O, a-C:H, C, C60, C70, C-N, B4C, TiC, WC, FeC, Fe3C, TiB2, ZrB2, Fe4N, Fe, FeO, Fe2O3, TiO2, Al2O3, V2O5, CrO2, etc.
- La puissance laser
Elle permet notamment la maîtrise de la température de flamme et donc de la cristallinité des produits.
- Le débit des réactifs
Il régit le temps de séjour des réactifs dans la flamme. Il permet ainsi d’ajuster la taille des nanoparticules dans une large gamme.