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Home > Teams > NINO > Opérations de Recherche > Elaboration de nanomatériaux catalytiques et photosensibles (OR1)

Elaboration de couches minces catalytiques par procédé spray - plasma

by Mamadou Traore - published on

Notre objectif est de développer le procédé Spray Plasma pour le dépôt de couches minces. La première phase de ce travail consiste en la mise en œuvre d’un dispositif d’injection d’aérosol dans un réacteur basse pression. La deuxième phase est la génération d’un plasma hors équilibre à une pression d’environ 10 mbar sans électrode en contact avec le milieu réactif ; notre choix s’est porté sur une excitation inductive du plasma à une fréquence de 13,56 MHz avec une puissance de travail d’environ 3000 W. La troisième phase est la mise en œuvre d’un support d’échantillons muni d’un régulateur de température. Enfin l’étude de l’influence des différents paramètres de ce procédé sur les propriétés des couches constitue la dernière phase du travail expérimental. Les couches de ZnO transparentes destiné aux cellules photovoltaïques ont été obtenues.

Figure 4 : Images des réacteurs spray-plasma (a) et de décharge de surface pour le reformage du méthane (b).

La deuxième configuration du procédé Spray Plasma que nous avons développée consiste en la projection des microgouttelettes de précurseurs salins à la surface de particules solides disposées en lit-fluidisé sous un plasma hors équilibre. Cette procédure permet la formation de nanostructures d’oxydes mixtes à propriétés catalytiques sur la surface de supports granulaires. Cette méthode d’élaboration unique dans son genre permet de former dans un temps relativement court (typiquement moins d’une heure) une quantité suffisante de catalyseur pour pouvoir procéder aux tests de réactivité des nanostructures formées. Nous avons élaboré, par cette technique, des catalyseurs ZnO-Cu connus pour leurs propriétés catalytiques dans le reformage du méthane. Parallèlement nous avons développé un réacteur de décharge de surface destiné au reformage catalytique du méthane permettant de réaliser des tests plasma/catalyse sur les catalyseurs élaborés.

La caractérisation expérimentale du plasma a été réalisée par spectroscopie d’émission optique et par sonde de Langmuir. En parallèle de cette étude expérimentale, un modèle global du réacteur, c’est-à-dire moyenné en volume, a été développé afin de résoudre numériquement le système constitué des équations de bilan de particules et de l’équation de bilan de puissance électronique. En collaboration avec le laboratoire ICARE d’Orléans un modèle hydrodynamique a été élaboré pour calculer les profils de vitesse de l’aérosol dans le réacteur.

La valorisation du méthane et du dioxyde de carbone, des gaz à effet de serre et principaux constituants du biogaz, reste un objectif économique et sociétal. Dans ce contexte nous avons développé un réacteur de décharge de surface pouvant tester la réactivité des catalyseurs élaborés pour les réactions de reformage. Le dispositif mis en œuvre est équipé d’une centrale de préparation de mélanges gazeux, d’un appareil chromatographe à deux canaux pour mesurer les taux de conversion des réactifs et la sélectivité des produits gazeux, d’un système de condensation des hydrocarbures liquides formés et d’un chromatographe destiné à leur analyse quantitative.