Brevet FR3000210A1 — publié le 20140627

Procédé pour le contrôle de la production de nanopoudre de diamètre donné à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée Domaine technique Il est question ici du domaine technique de la fabrication de nanopoudre technique. Plus particulièrement, il est question du domaine technique des procédés pour te contrôle de la production de nanopoudre technique à partir 10 d'acétylène. État de la technique Lors de la fabrication de nanopoudre technique, iL est important de 15 contrôler les paramètres de production afin d'obtenir une nanopoudre présentant des propriétés physiques constantes. La constance des propriétés physiques de ta nanopoudre est un gage de qualité de celle-ci. Ainsi, il est important de pouvoir contrôler la production de la nanopoudre technique. Ce contrôle de la production de nanopoudre technique peut passer par le 20 prélèvement d'un échantillon de nanopoudre technique et de soumettre cet échantillon à des tests et/ou à des mesures. Par exemple, il est connu de contrôler ta taille des grains de nanopoudre technique à partir par exemple d'une mesure de surface spécifique et une mesure de la densité de la nanopoudre. Ces mesures permettent d'estimer la 25 taille moyenne élémentaire des grains. D'autres analyses chimiques peuvent être réalisées. Cependant, ces mesures et ses analyses chimiques sont réalisées après la production de nanopoudre technique. Par conséquent, la conformité d'un lot de nanopoudre technique ne peut être confirmée que plusieurs jours après sa mise 30 en production. Différentes techniques permettent d'effectuer un contrôle en ligne, c'est-à-dire le long de la chaîne de production, par exemple la spectrométrie sur plasma induit par laser, plus communément connues sous l'acronyme LIBS pour « laser-induced breakdown spectroscopy » en anglais, ou la diffusion de la lumière laser multiangle, plus communément connues sous l'acronyme MALLS pour « multiangle light scattering » en anglais. L'analyse LIBS (- laser-induced breakdown spectroscopy » en anglais) consiste à focaliser un laser impulsionnel dans le milieu et à former un plasma dont on fait la spectrométrie d'émission. Ceci permet de déterminer la composition du milieu. L'analyse par MALLS permet la mesure de la dimension fractale par l'exploitation des techniques de diffusion de la lumière appliquées à ta mesure fractale. Le principe d'un tel système consiste à mesurer ta lumière diffusée par les agrégats suivant différents angles autour de la cuve d'analyse. Cependant, ces méthodes ne permettent de déterminer qualitativement et quantitativement qu'une seule caractéristique de la poudre à la fois : la composition chimique avec la LIBS ou la taille des grains de nanopoudre avec la MALLS. Or, la qualité de ta nanopoudre dépend de plusieurs caractéristiques telles que des rapports de composition chimique, ta taille des grains de nanopoudre, ta granulométrie et ta compacité. Une méthode pour le contrôle de la production de nanopoudre prenant en compte plusieurs caractéristiques de celles-ci demeure donc nécessaire afin d'améliorer la qualité de la nanopoudre produite. Présentation Un objectif est donc de pallier au moins un des inconvénients de la technique antérieure présentée ci-dessus. Pour cela, il est question ici d'un procédé pour le contrôle de la production de nanopoudre de diamètre donné à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée, comprenant la détermination de la couleur de la nanopoudre et le réglage du débit de sortie de la bouteille pressurisée d'acétylène en fonction de ta couleur de la nanopoudre. L'originalité du procédé tient en ce que la colorimétrie est couplée au réglage du débit d'acétylène. En effet, ta couleur de ta nanopoudre depend d'un ensemble de caractéristiques intrinsèques de la nanopoudre telles que des rapports de composition chimique, la taille des grains de nanopoudre, la granulométrie et la compacité. Ainsi, la mesure de la couleur permet d'avoir accès à une sorte de synthèse de ces caractéristiques. Par ailleurs, les inventeurs ont été surpris par le fait que la couleur de la nanopoudre produite à partir d'acétylène dépendait aussi du débit de ce composé à la sortie de ta bouteille pressurisée. Grâce à ce contrôle colorimétrique et au réglage du débit d'acétylène, une nanopoudre présentant non seulement des propriétés physico-chimiques constantes, propriétés mesurées par analyses physico-chimiques, par exemple la spectroscopie d'émission atomique source plasma à couplage inductif (ICP- AES pour Inductive Plasma Coupling-Atomic Emission Spectroscopy » en anglais), ta spectroscopie à décharge luminescente (SDL), et la spectroscopie massique par décharge luminescente (GDMS pour « Glow Discharge Mass Spectroscopy » en anglais), mais également une couleur et une dissolution dans l'eau constantes. Dessins D'autres objectifs, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquels : - la figure 1 est un diagramme représentant les différentes étapes d'un procédé pour le contrôle de la production de nanopoudre ; - la figure 2 est un diagramme représentant les différentes étapes d'un procédé pour la fabrication de nanopoudre ; - ta figure 3 est un graphe montrant l'intensité de la composante rouge en fonction de la taille moyenne des grains d'une nanopoudre de carbure de silicium ; et - ta figure 4 est un graphe montrant l'intensité de la composante verte en fonction de ta taille moyenne des grains d'une nanopoudre de carbure de silicium ; - la figure 5 est un graphe montrant la variation de la composante rouge en fonction du nombre de synthèse effectuée avec la même bouteille pressurisée d'acétylène, tous paramètres égaux par ailleurs. Description Un procédé pour le contrôle de ta production de nanopoudre de diamètre donné à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée est décrit ci-après en référence à la figure 1. Ce procédé comprend la détermination de la couleur de la nanopoudre et le réglage du débit de sortie de la bouteille pressurisée d'acétylène en fonction de la couleur de la poudre. Par « nanopoudre », il est compris ici un ensemble de particules ou grains dont la taille est de l'ordre du nanomètre, c'est-à-dire entre environ 1 nm et environ 100 nm. La taille des grains est de préférence comprise dans un intervalle pour lequel la couleur de la nanopoudre varie au plus de 5 %, encore de préférence 3 %, alors que ta taille varie au moins de plus de 22 %, encore de préférence de 25 %, toujours de préférence de 42 %. La variation de la taille étant calculée de la manière suivante : si Xmm et Xmax sont respectivement la taille minimale et la taille maximale de cet intervalle, ta variation de la taille égale à (Xmax - Xmin)/ (Xmax + Xmin). La variation de la couleur est calculée de ta manière suivante : si Rmin et Rmax sont respectivement la valeur minimale et la valeur maximale de la couleur dans cette intervalle, ta variation de la couleur est égale à (Rmax - Km)/ (Rmax + Rmin). Par exemple, pour une nanopoudre de carbure de silicium, ces conditions sont respectées lorsque la taille des grains est de préférence comprise entre environ 20 nm et environ 50 nm, encore de préférence entre environ 24 nm et environ 40 nm, toujours de préférence entre environ 24 nm et environ 38 nm (voir les figures 3 et 4 et le tableau 1 ci-dessous) Taille moyenne des Valeur de la Valeur de la grains (nm) composante rouge composante verte (u.a.) (u.a.) 16,95 1680 1353 19,05 1591 1379 19,23 1587 1374 22,47 1502 1397 24,39 1434 1409 29,41 1396 1413 31,25 1423 1402 32,79 1427 1400 33,33 1437 1403 34,70 1414 1400 35,09 1420 1402 36,36 1398 1407 37,74 1388 1411 Tableau 1 Le procédé peut éventuellement comprendre la mesure de la taille du diamètre des grains de nanopoudre. Ainsi, la mesure de la taille du diamètre des grains de nanopoudre permettrait d'obtenir un procédé de contrôle plus stricte afin d'obtenir une nanopoudre de qualité encore supérieure. Cependant, cette étape n'est pas toujours nécessaire car la qualité de la nanopoudre obtenue autrement est déjà suffisante pour nombres d'application. De préférence, ta nanopoudre est une nanopoudre de carbure de silicium. Le carbure de silicium est généralement obtenu à partir d'acétylène et de silane SiH4 suivant ta réaction : 2.SiF-14 + C21-12 -^ 2.SiC + 5412. Par « couleur » il est fait référence aux ondes électromagnétiques que réfléchit ta nanopoudre. Les ondes électromagnétiques prises en compte sont celles de la lumière visible, c'est-à-dire celles dont la longueur d'onde est comprise entre environ 380 nm et environ 750 nm. On désigne par le terme de couleur soit les ondes électromagnétiques à une longueur d'onde donnée ou à un intervalle de longueurs d'onde donné. Par « couleur », il est également fait référence aux méthodes de décomposition de la lumière permettant un traitement numérique de celle-ci, c'est-à-dire aux méthodes RVB (rouge-vert- bleu aussi appelée système additif, aussi connu sous l'acronyme RGB pour « red-green-blue » en anglais), CMJ (cyan-magenta-jaune aussi appelée système soustractif, aussi connu sous l'acronyme CMY ou YMC pour « cyan-magentayellow », respectivement « yellow-magenta-cyan » en anglais) ou encore TSL (teinte-saturation-luminosité aussi connu sous l'acronyme HSL pour « hue- saturation-lightness » en anglais). Ainsi, par « couleur », il est désigné l'une des composantes de ta lumière ou une quelconque combinaison de celles-ci dans ta méthode de décomposition envisagée. De préférence, la méthode de décomposition est la méthode RVB. Dans cette méthode, la lumière réfléchie est captée et décomposée en trois composantes : (rouge, vert, bleu). Ces trois couleurs correspondent à peu près aux trois longueurs d'onde auxquelles sont sensibles les trois types de cônes de l'oeil humain. L'addition des trois donne du blanc pour l'oeil humain. Ainsi, chaque couleur visible reçoit un ensemble de coordonnées. Cependant, toutes les couleurs visibles ne peuvent être rendues en RVB et des décompositions particulières ont été élaborées pour faciliter la gestion de la couleur dans un ensemble informatique. Néanmoins, peu importe ta décomposition RVB utilisée, le principe reste identique. Encore de préférence, seules les couleurs parmi le rouge, le vert et le bleu entrant principalement dans la composition de la couleur de la nanopoudre sont utilisées. Par exemple, pour une nanopoudre de carbure de silicium SiC, seuls le rouge et le vert peuvent être pris en compte car la couleur du carbure de silicium varie du blanc au jaune (mélange de rouge et de vert dans le système additif). Toujours de préférence, seul le rouge est pris en compte pour le SiC. En effet, le rouge est la composante qui présente la variation la plus ample tout le long de la production non contrôlée de la nanopoudre. Il est compris par le terme « débit de sortie », le débit réglé en sortie de la bouteille pressurisée, c'est-à-dire celui du détendeur entre la bouteille pressurisée et un tuyau ou conduit pour amener de l'acétylène dans un réacteur où se produit la formation de la nanopoudre. L'acétylène, de formule chimique HCa-CH, est un gaz à température ambiante et conservé dans des bouteilles pressurisées. En fait, l'acétylène est rarement conservé seul dans ces bouteilles pressurisées, il est mélangé avec de l'acétone. En sortie de bouteille, le gaz contient de 0,1 à 2,5 % d'acétone, soit 97,5 à 99,9 % d'acétylène. Lors de l'utilisation de la bouteille d'acétylène, à un débit de sortie donnée, ta quantité d'acétylène envoyée vers le réacteur n'est donc pas constante au fil du temps. En effet, le ratio d'acétylène/acétone à l'intérieur de ta bouteille pressurisée diminue avec la consommation de celle-ci de sorte qu'en début d'utilisation, la quantité d'acétylène est supérieure à celle en fin d'utilisation. Par exemple, la figure 5 et le tableau 2 ci-dessous montre que pour différentes synthèses de nanopoudre de carbure de silicium à partir de silane et d'acétylène, dont l'acétylène provient d'une seule bouteille pressurisée, la couleur de la nanopoudre varie malgré les mêmes paramètres fixés par ailleurs tels que le débit de sortie de la bouteille, les réactifs, la puissance laser, la pression, la durée d'une synthèse, etc. Plus particulièrement, dans le tableau 2, les synthèses sont successives, le temps indique le temps des synthèses cumulées. N° synthèse Temps Composante X (min) (u.a) 1 120 1400 2 170 1425 3 290 1424 4 410 1433 5 515 1501 Tableau 2 La détermination de ta couleur peut être réalisée par l'illumination de ta poudre avec une source de lumière suivie de la mesure de ta lumière réfléchie par la poudre. La mesure de la lumière réfléchie par la poudre peut consister en la capture par un capteur de l'intensité de la lumière réfléchie à des longueurs d'ondes correspondant au domaine du visible, de préférence à la couleur rouge (c'est-à- dire entre environ 630 nm et environ 780 nm) et verte (c'est-à-dire entre environ 492 nm et environ 575 nm), encore de préférence à la couleur rouge. Lorsque la méthode de décomposition utilisée est le RVB, tes trois couleurs peuvent être capturées et seules le rouge et éventuellement le vert utilisés. Le réglage du débit d'acétylène peut être réalisé à l'aide d'un tableau mettant en correspondance la couleur de la poudre avec une valeur d'augmentation de débit de sortie de la bouteille pressurisée d'acétylène. Un procédé de production de nanopoudre de diamètre donné et d'une couleur donnée à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée est décrite ci-après en référence à ta figure 2. Ce procédé comprend les étapes suivantes : la fourniture d'une bouteille pressurisée d'acétylène ; ta fourniture d'au moins un réactif apte à réagir avec l'acétylène pour produire la nanopoudre ; - la mise en contact du réactif avec l'acétylène pour ta formation de nanopoudre ; - le prélèvement d'un échantillon de nanopoudre ; - le contrôle colorimétrique de l'échantillon de nanopoudre grâce au procédé décrit ci-dessus ; et - la récupération de la nanopoudre. REVENDICATIONS1. Procédé pour le contrôle de la production de nanopoudre de diamètre donné à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée, comprenant la détermination de la couleur de la nanopoudre et le réglage du débit de sortie de la bouteille pressurisée d'acétylène en fonction de la couleur de la nanopoudre. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la nanopoudre produite est une nanopoudre de carbure de silicium. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la détermination de la couleur est réalisée par : - l'illumination de la nanopoudre avec une source de lumière ; et - la mesure de la lumière réfléchie par ta nanopoudre. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la mesure de la lumière réfléchie par la nanopoudre consiste en la capture de l'intensité de la lumière réfléchie à des longueurs d'onde correspondant à la couleur rouge. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les longueurs d'onde correspondant à la couleur rouge sont comprises dans un intervalle de 630 nm à 780 nm. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un tableau de correspondance entre la couleur de la nanopoudre et le débit d'acétylène est utilisé pour le réglage du débit d'acétylène.. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre la mesure de la taille du diamètre des grains de nanopoudre. 8. Procédé de production de nanopoudre de diamètre donné et d'une couleur donnée à partir d'au moins d'acétylène contenu dans une bouteille pressurisée, comprenant : la fourniture d'une bouteille pressurisée d'acétylène ; - la fourniture d'au moins un réactif apte à réagir avec l'acétylène pour produire la nanopoudre ; - la mise en contact du réactif avec l'acétylène pour la formation de nanopoudre ; le prélèvement d'un échantillon de nanopoudre ; 10 le contrôle colorimétrique de l'échantillon de nanopoudre grâce au procédé selon l'une des revendications 1 à 7 ; et - la récupération de la nanopoudre.