Projet ANR-14-CE07-0036 – HYMALAYAN : Hybridation de la pyrolyse laser et de la pulvérisation magnetron pour le dépôt de nanocomposites avancés
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier Sublemontier (Institut Rayonnement-Matière de Saclay)
Partenaires : PME; PME; PME; Laboratoire public; Divers privé; TPE
Montant : 727953.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Le projet HYMALAYAN propose la réalisation par un procédé original, en une seule étape et de manière confinée, de couches nanocomposites contrôlées in situ. Les nanocomposites se présentent sous la forme de nanoparticules (NP) de 4 à 100 nm distribuées de façon homogène dans une matrice, sans limitation a priori dans les compositions chimiques respectives des nanoparticules et de la matrice. Le procédé combine les jets de nanoparticules sous vide (JNV) et le dépôt physique en phase vapeur (PVD). Il tire parti de la souplesse des JNV développés au CEA/IRAMIS, qui permettent de s’adapter à toute méthode de synthèse de NP, et de celle de la PVD permettant la croissance de tout type de matrice. L’hybridation de ces deux techniques est rendue possible par l’acheminement des nanoparticules par voie aérodynamique jusqu’au substrat, soit immédiatement après leur synthèse, soit à partir d’une suspension colloïdale. Le dépôt simultané des particules et de la matrice est réalisé sur la même face du même substrat. Le procédé est innovant en ce qu’il permet un choix a priori illimité dans les compositions chimiques respectives des nanoparticules et de la matrice. La caractérisation des couches est effectuée en ligne pendant le dépôt par ellipsométrie in situ. La source de nanoparticules peut être assurée par un procédé de synthèse de NP en phase gazeuse (la pyrolyse laser), ce qui en fait un procédé totalement « safe-by design », puisque les synthèses des NP et du matériau nanostructuré sont réalisées en une seule étape et dans le même dispositif confiné. Le projet comporte trois grands axes qui sont l’optimisation du procédé pour des grandes surfaces, la caractérisation des dépôts (in situ et ex situ) et l’élaboration de composites pour des applications industrielles. L’optimisation du procédé sera réalisée sous la responsabilité du UTBM/LERMPS, après la conception et la mise au point d’un prototype « grandes surfaces », réalisées par SOCRATE-Industrie, en partenariat avec la société DEPHIS. La caractérisation des dépôts sera piloté par HORIBA Jobin-Yvon, qui adaptera l’ellipsométrie spectroscopique in situ et effectuera des mesures ex-situ en spectrométrie de décharge luminescente GD-OES et TOF-MS ex situ. L’axe concernant les applications aura pour objectif de démontrer la souplesse et les performances de ce procédé innovant sur des substrats d’une surface de l’ordre de 10 x 10 cm2. Il comportera deux volets. Le premier volet, piloté par la société DECAYEUX Luxe portera sur la réalisation de revêtements de type NP d’or ou autre métal précieux dans une matrice de SiO2 sur des objets manufacturés dans le domaine du luxe. L’objectif est l’obtention de couches adhérentes et denses présentant un aspect esthétique spécifique rendu par les propriétés optiques des nanoparticules. Le second volet, piloté par le CEA/IRAMIS, a pour objectif l’amélioration du rendement des cellules photovoltaïques au silicium par l’élaboration d’un matériau composé de nanocristaux de silicium dopés dans une matrice de SiO2 puis de Si3N4. La réalisation d’un dépôt homogène, dense et adhérent sur une surface étendue (10 x 10 cm2) avec un contrôle précis de la concentration de nanoparticules dans la matrice constituera l’objectif final du projet. Dans ce but, la structure à l’échelle nanométrique des couches sera analysée en fonction des différentes conditions de synthèse. Cet aspect important du projet permettra d’optimiser le procédé pour répondre au mieux aux applications visées. Enfin, HYMALAYAN restera ouvert à toute autre application industrielle par une démarche active de valorisation du procédé.