Décharges radio fréquence à pression atmosphérique, diagnostic et modèle numérique

par Nicolas Balcon

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des plasmas de décharge

Sous la direction de Jean-Pierre Boeuf.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le thème principal de cette thèse est l'étude des propriétés d'une décharge capacitive Radio Fréquence à pression atmosphérique dans l'argon. Dans ces conditions où le produit pression·distance est de l'ordre de 150 Torr. Cm, la décharge a tendance à former une multitude de filaments localement chauds. En pulsant le générateur RF avec une période et une durée adéquates, il est possible de contrôler la transition du mode filament au mode homogène afin d'obtenir un plasma diffus et stable. L'espace inter-électrode de 2 mm est ouvert sur l'air ambiant et alimenté en argon par une centaine d'orifices submillimétriques répartis régulièrement sur l'électrode supérieure. Cette configuration permet d'effectuer un traitement de la surface de films polymères en ligne, sans éteindre la décharge entre les échantillons successifs. Une augmentation importante et durable du caractère hydrophile est rapidement obtenue sans risque d'endommager le polymère. Le diagnostic du plasma est effectué par spectroscopie d'émission et par mesures électriques. L'élargissement de Stark de la raie d'hydrogène Balmer ß permet d'estimer la densité électronique dans les filaments à 1015 cm-3. Pour le mode homogène, une approximation basée sur l'équilibre entre la puissance RF transmise et dissipée par le plasma conduit à une densité de 5x1011cm-3. Les rapports d'intensité des lignes spectrales d'argon neutre et d'ion Ar+ sont introduits dans l'équation de Saha pour calculer la température électronique. Dans le mode homogène la température estimée à 1. 3 eV est légèrement plus faible que dans les filaments à 1. 7 eV. Un modèle fluide auto-cohérent unidimensionnel est également développé pour étudier plus précisément le comportement de la décharge dans son mode homogène. L'équation de Poisson pour le champs électrique est couplée aux premiers moments de l'équation de Boltzmann (équation de continuité, équation de dérive-diffusion et équation d'énergie). Les coefficients de transport et de réaction sont obtenus à partir de l'énergie moyenne des électrons. . .

  • Titre traduit

    Atmospheric pressure radio frequency discharge, diagnostic and numerical modeling


  • Résumé

    The aim of this thesis is to investigate the properties of a Radio Frequency capacitive discharge at atmospheric pressure in argon. In these conditions where the pressure•distance product is around 150 Torr. Cm, the discharge usually consists of several locally hot filaments. By pulsing the RF generator with an appropriate width and period, it was found possible to control the filament to glow transition in order to obtain a diffused and stable plasma. The 2 mm gap between the electrodes is open to the ambient air and fed with argon via one hundred submillimetric holes regularly spread on the surface of the top electrode. This configuration allows “on-line” surface treatment of polymer films without having to turn the discharge off between successive samples. An important and lasting improvement of the polymer wettability is quickly obtained without risk of damage. The plasma diagnostic methods are emission spectroscopy and electric measurements. The Stark broadening of the Balmer β transition line of atomic hydrogen is measured to determine a plasma density of 1015cm-3 in the filamentary mode. The glow mode density estimation was based on power balance yielding a density of 5x1011 cm-3. Emission line ratios between neutrals and Ar+ ions are used in the Saha equation to calculate the electron temperature. It results in an approximation of 1. 3 eV for the glow mode and 1. 7 eV for the filaments. . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (130 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 125-130

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007TOU30213
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