Etude d'une décharge à pulvérisaion cathodique pour la production de poussières carbonées et étude de la croissance des nanoparticules produites

par Claire Dominique

Thèse de doctorat en Rayonnement et plasmas

Sous la direction de Fabrice Doveil.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Pulvérisation cathodique
• Carbone -- Composés
• Nanoparticules
• Décharges luminescentes

Résumé

Des nanoparticules sont formées en phase gazeuse par pulvérisation d'une cible de graphite dans des décharges luminescentes dans l'argon. La pulvérisation de la cathode par les ions et les atomes rapides issus du plasma permet une injection continue de carbone. Des modèles ont permis d'estimer ce flux d'atomes de carbone et l'évolution de leur distribution en énergie lors de leur transport dans le plasma : ils se refroidissent rapidement par collisions avec les atomes d'argon. Ceci produit une vapeur de carbone en sursaturation qui condense, formant les précurseurs des poussières qui sont détectées in situ par atténuation laser puis analysées par MEB, METHR et spectroscopie IR. Les particules ont des tailles supérieures à 20 nm, sont sphériques avec un aspect chou-fleur. L'évolution de la distribution de leurs tailles et la loi de croissance en fonction de la durée de la décharge ont été établies expérimentalement, attestant d'une croissance par accrétion de clusters carbonés neutres.

Titre traduit

Study of a cathodic sputtering discharge for production of carbonaceous dusts and study of the growth of the produced nanoparticles

Résumé

We study the dusts growth in gas phase from graphite target sputtering in argon glow discharges. The target sputtering by ions and energetic neutrals bombardment allows carbon injection. By using models we estimate the carbon flux. Then, the evolution of the sputtered carbon atoms energy distribution during their transport in the plasma shows that they quickly cool by collisions with argon atoms. This produces a supersaturated carbon vapour which condensation induces formation of dust precursors. Dusts are detected in situ by laser attenuation, then collected and analysed by SEM, HRTEM and IR spectroscopy to get information on their size, morphology, chemical and structural composition. The dusts are higher than 20 nm, more or less spherical and cauliflower-like shaped. The evolution of the dust sizes distribution as well as the growth law as a function of discharge duration were experimentally established and reveal a growth mechanism by accretion of neutral carbonaceous clusters.