Brevet FR3130982A1 — publié le 20230623

Procédé de suivi de la synthèse d’une dispersion de particules métalliques et dispositif pour le mettre en œuvre Procédé de suivi de la synthèse d’une dispersion de particules métalliques, le procédé comprenant : - la fourniture d’une composition réactive comprenant un solvant, des composés dans le solvant, au moins un des composés contenant un métal sous une forme oxydée, la réaction entre les composés conduisant à la synthèse des particules métalliques, et - la répétition d’un cycle comportant i) la détermination de la concentration du métal dans la composition réactive par spectrométrie à dispersion d’énergie de rayons X induit par un rayonnement ionisant et la mesure de la capacitance électrique de la composition réactive, et ii) la détermination de la concentration du métal sous une forme oxydée dans la composition réactive à partir de la concentration du métal et de la capacitance électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de suivi de la synthèse d’une dispersion de particules métalliques et dispositif pour le mettre en œuvre La présente invention concerne le domaine du contrôle de la qualité, notamment en temps réel, de dispersions de particules métalliques, en particulier d’encres chargées en particules métalliques destinées à l’impression de circuits électroniques. Plus précisément, elle concerne le suivi de la synthèse et le contrôle de la qualité, notamment en temps réel, d’une dispersion de particules métalliques, i.e. durant la mise en œuvre du procédé de synthèse. Les encres conductrices à base de particules métalliques sont utilisées pour l’impression de circuits électroniques, destinés par exemple à fabriquer des antennes RFID/NFC, des panneaux de commande, des capteurs de température, des capteurs de pression, des capteurs de pH, ou des jauges de contrainte, etc. L’impression des circuits électroniques requiert une encre formée de particules métalliques en dispersion dans un solvant, et dans laquelle la concentration en particules est contrôlée. Or, la qualité de l’encre formée au cours de la synthèse peut être impactée par la formation d’agglomérats de particules, par la présence d’impuretés, ou par une variation non maîtrisée de la concentration en particules. La synthèse des dispersions de particules métalliques est généralement réalisée par un mélange direct de poudre de particules métalliques et un solvant, ou par une réaction d’oxydo-réduction. Il est connu d’utiliser des méthodes optiques telles que la microscopie pour déterminer la concentration et la distribution de particules dans un solvant. Cependant, ces méthodes de microscopie optique nécessitent une préparation spécifique des échantillons et ne peuvent pas être mises en œuvre pour une mesure en temps réel au cours de la synthèse des particules. Des méthodes optiques sont également connues pour le suivi en temps réel de réactions chimiques dans un solvant, mais celles-ci ne peuvent pas être utilisées dans le cadre de la synthèse de dispersions de particules destinées à former une encre, en raison de l’opacité résultant de la présence des particules métalliques. Quant au taux d’oxydation d’un métal, induisant une corrosion, il est connu de la détecter sur des plaques à l’aide de méthodes non destructives mettant en œuvre, par exemple, des techniques électromagnétiques, ultrasonores ou térahertz. Également, la littérature récente montre qu’il est possible de d’évaluer la présence d’un phénomène de corrosion par des mesures capacitives sur des poudres métalliques, notamment pour des applications en fabrication additive. Cependant, ces méthodes n’ont pas été mises en œuvre sur des dispersions de particules métalliques dans un solvant. Ainsi, il existe un besoin pour synthétiser de manière reproductible une encre de qualité, dans laquelle la concentration en particules métalliques peut être contrôlée. Il existe en outre un besoin pour détecter la présence d’anomalies et des variations de concentration en particules métalliques non désirées. Enfin, il existe un besoin pour suivre en temps réel, c’est-à-dire directement dans le milieu réactionnel, la synthèse d’une dispersion de particules métalliques. L’invention concerne un procédé de suivi de la synthèse, notamment en temps réel, d’une dispersion de particules métalliques, le procédé comprenant : - la fourniture d’une composition réactive comprenant un solvant, des composés dans le solvant, au moins un des composés contenant un métal sous une forme oxydée, la réaction entre les composés conduisant à la synthèse des particules métalliques, et - la répétition d’un cycle comportant i) la détermination de la concentration du métal dans la composition réactive par spectrométrie à dispersion d’énergie de rayons X induit par un rayonnement ionisant et la mesure de la capacitance électrique de la composition réactive, et ii) la détermination de la concentration du métal sous une forme oxydée dans la composition réactive à partir de la concentration du métal dans la composition réactive et de la capacitance électrique de la composition réactive. A la connaissance des inventeurs, l’association de la spectrométrie à dispersion d’énergie de rayons X et d’une mesure de la capacitance électrique n’avait jamais été envisagée pour suivre, notamment en temps réel, la synthèse d’une dispersion de particules métalliques. Comme cela apparaitra plus en détail par la suite, le procédé selon l’invention permet de suivre la synthèse d’une dispersion de particules métalliques, notamment en temps réel, directement dans le milieu réactionnel. Il permet en outre de détecter la présence d’anomalies ou les variations non désirées de concentration en particules métalliques, et de caractériser l’avancement de la réaction entre les composés, ces paramètres étant obtenus en temps réel au cours de la synthèse des particules métalliques. De préférence, le suivi de la synthèse d’une dispersion de particules métalliques permet le contrôle, notamment en temps réel, de la qualité de ladite dispersion de particules métalliques. En particulier, la mise en œuvre du procédé peut ne pas nécessiter de prélèvement de la composition réactive du milieu réactionnel. La concentration du métal dans la composition réactive est égale à la somme de la concentration du métal sous forme oxydée et de la concentration du métal sous forme métallique. L’invention concerne également un dispositif, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, le dispositif comprenant : - une circuiterie en boucle fermée pour transporter une composition réactive et comprenant une portion de mesure de la capacitance électrique comprenant deux électrodes, et une autre portion dite de mesure spectrométrique, - une source configurée pour émettre un rayonnement ionisant vers la portion de mesure spectrométrique, afin de sonder la composition réactive au moyen du rayonnement ionisant, et - un détecteur spectral pour mesurer le rayonnement de fluorescence X émis par la composition réactive en réponse au rayonnement ionisant. L’invention concerne par ailleurs l’utilisation du procédé selon l’invention pour le contrôle, notamment en temps réel, de la qualité d’une dispersion de particules métalliques. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, des exemples non limitatifs de celle-ci et du dessin annexé dans lequel : la illustre de manière schématique un exemple de dispositif selon l’invention. la est un graphique représentant un exemple d’étalonnage d’une mesure de la concentration de cuivre par spectrométrie de rayons X à dispersion d’énergie dans trois solutions de sulfate de cuivre à 2,5%, 5% et 10% en masse dans l’eau, la est un graphique représentant la capacitance d’une poudre de Cu à un grammage de 4,934 g et d’une poudre Cu 2 O à un grammage de 4,934 g, et la illustre de manière schématique un exemple de mise en œuvre de la répétition du cycle du procédé selon l’invention. Procédé de suivi de la synthèse, notamment en temps réel, d’une dispersion de particules métalliques, le procédé comprenant : - la fourniture d’une composition réactive comprenant un solvant, des composés dans le solvant, au moins un des composés contenant un métal sous une forme oxydée, la réaction entre les composés conduisant à la synthèse des particules métalliques, et - la répétition d’un cycle comportant i) la détermination de la concentration du métal dans la composition réactive par spectrométrie à dispersion d’énergie de rayons X induit par un rayonnement ionisant et la mesure de la capacitance électrique de la composition réactive, et ii) la détermination de la concentration du métal sous une forme oxydée dans la composition réactive à partir de la concentration du métal dans la composition réactive et de la capacitance électrique de la composition réactive. Procédé selon la revendication 1, le métal étant choisi parmi les métaux de numéro atomique allant de 13 à 92 en particulier le cuivre, le zinc, le nickel, l’argent et leurs mélanges, de préférence étant le cuivre. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, le composé contenant le métal sous une forme oxydée étant un oxyde métallique, de préférence un oxyde de cuivre, de préférence Cu 2 O. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant la circulation en boucle fermée de la composition réactive dans une circuiterie. Procédé selon la revendication précédente, la spectrométrie et la mesure de la capacitance électrique étant respectivement réalisées sur deux portions distinctes de la circuiterie. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel à l’étape i), la spectrométrie et la mesure de la capacitance électrique sont effectuées sur le même volume de composition réactive. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le volume de composition réactive mesuré par spectrométrie et/ou par mesure de la capacitance électrique étant inférieur ou égal à 5 mL, en particulier compris entre 1 mL et 4 mL. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rayonnement ionisant étant un rayonnement X. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la mesure de la capacitance électrique étant mesurée au moyen de deux électrodes en contact avec une portion de mesure de la capacitance électrique contenant la composition réactive. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le suivi de l’évolution temporelle de la concentration du métal, de préférence pendant une durée supérieure à 10 min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le cycle étant répété jusqu’à ce que moins de 10 %, de préférence moins de 5 %, en particulier moins de 1 % en masse du métal soit sous une forme oxydée. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la dispersion des particules métalliques dans un solvant étant une encre pour l’impression d’un circuit électronique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes , le cycle (n) comportant : -à un instant de mesure t n , la mesure spectrométrique du comptage net N n du métal sur au moins une raie de fluorescence dudit métal, la conversion de la valeur du comptage net N n du métal en concentration du métal dans la composition réactive, et si la variation absolue de la valeur dudit comptage net |N n -N n-1 | par rapport au cycle immédiatement précédent (n-1) est inférieure à une valeur ∆N prédéterminée, - la mesure de la capacitance électrique C n et si la variation absolue de la capacitance électrique par rapport au cycle (n-1) immédiatement précédent |C n -C n-1 | est supérieure à une valeur ∆C prédéterminée, - l’enregistrement sur un support d’enregistrement, par exemple un disque dur, et/ou l’affichage, de ladite concentration du métal et/ou de la concentration du métal sous une forme oxydée et/ou l’avancement de la réaction de synthèse des particules. Utilisation du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes pour le contrôle, notamment en temps réel, de la qualité d’une dispersion de particules métalliques. Dispositif (5), notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, le dispositif comprenant : - une circuiterie (35) en boucle fermée pour transporter une composition réactive (45) et comprenant une portion de mesure de la capacitance électrique (10) comprenant deux électrodes, et une autre portion dite de mesure spectrométrique (15), - une source (20) configurée pour émettre un rayonnement ionisant vers la portion de mesure spectrométrique (15), afin de sonder la composition réactive (45) au moyen du rayonnement ionisant, et - un détecteur spectral (25) pour mesurer le rayonnement de fluorescence X émis par la composition réactive en réponse au rayonnement ionisant. Dispositif selon la revendication précédente, comportant un module de traitement (50) relié au détecteur spectral (25) et aux électrodes et configuré pour déterminer la concentration du métal dans la composition réactive, et la concentration du métal sous une forme oxydée dans la composition réactive à partir de la concentration du métal dans la composition réactive et de la capacitance de la composition réactive.