Formation de poudres carbonées dans un plasma de haute fréquence produit à très basse pression dans des mélanges acétylène-argon PDF Download
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Author: Georges Al Makdessi
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Les plasmas poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides de taille nano- ou même micrométrique. Ils sont répandus dans l'environnement cosmique et jouent le rôle de précurseurs dans la formation des planètes et des étoiles. Ce type de plasma est également utilisé dans les laboratoires pour la synthèse des nanocomposites possédant de vastes applications dans le monde technologique et médical. Tandis qu'un grand effort scientifique a été investi dans l'étude et le contrôle de ce type de plasmas, les mécanismes initiaux de formation des poudres (i.e. avant qu'elles atteignent quelques dizaines de nanomètres) demeurent très peu connus. On sait toutefois que des réactions physico-chimiques sont à l'origine de précurseurs des poudres qui déclenchent la nucléation. Ce travail contribue en premier lieu à accroître les connaissances fondamentales dans le domaine des plasmas poudreux en général. Il s'agit en particulier de comprendre la physico-chimie des plasmas de haute fréquence de très basse pression soumis à un confinement magnétique dans des gaz chimiquement réactifs. Plus spécifiquement, l'objectif de ce travail est d'examiner la cinétique des précurseurs produits dans le plasma afin de comprendre les mécanismes de formation de nanoparticules en volume et le contrôle de leurs caractéristiques dans des mélanges d'Ar/C2H2 de très basse pression confinés magnétiquement. Cet apport a des retombées directes en science et applications des plasmas. Parmi les applications directement visées par cette recherche, notons la synthèse de nanomatériaux composites à base de carbone pour leur intégration dans les cellules solaires et les biomatériaux. En examinant les caractéristiques du plasma (température et densité du plasma, densité des cations et des anions) et en les corrélant à celles des particules de poudre, on constate que le champ magnétique modifie le processus de la formation des particules poudreuses dans la décharge à très basse pression. Plus précisément, il favorise la nucléation des nanoparticules de carbone à travers plusieurs voies impliquant les anions et les cations. Ces nanoparticules comprennent deux phases différentes, une couche de carbone amorphe et un noyau poreux formé d'un agrégat de grains eux-mêmes constitués de nanocristaux de graphite revêtus d'une couche amorphe. On constate que le rayon moyen des particules de poudre augmente avec le champ magnétique, ce qui est lié à l'amélioration de leur temps de résidence dans le volume du plasma.
Author: Georges Al Makdessi
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Les plasmas poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides de taille nano- ou même micrométrique. Ils sont répandus dans l'environnement cosmique et jouent le rôle de précurseurs dans la formation des planètes et des étoiles. Ce type de plasma est également utilisé dans les laboratoires pour la synthèse des nanocomposites possédant de vastes applications dans le monde technologique et médical. Tandis qu'un grand effort scientifique a été investi dans l'étude et le contrôle de ce type de plasmas, les mécanismes initiaux de formation des poudres (i.e. avant qu'elles atteignent quelques dizaines de nanomètres) demeurent très peu connus. On sait toutefois que des réactions physico-chimiques sont à l'origine de précurseurs des poudres qui déclenchent la nucléation. Ce travail contribue en premier lieu à accroître les connaissances fondamentales dans le domaine des plasmas poudreux en général. Il s'agit en particulier de comprendre la physico-chimie des plasmas de haute fréquence de très basse pression soumis à un confinement magnétique dans des gaz chimiquement réactifs. Plus spécifiquement, l'objectif de ce travail est d'examiner la cinétique des précurseurs produits dans le plasma afin de comprendre les mécanismes de formation de nanoparticules en volume et le contrôle de leurs caractéristiques dans des mélanges d'Ar/C2H2 de très basse pression confinés magnétiquement. Cet apport a des retombées directes en science et applications des plasmas. Parmi les applications directement visées par cette recherche, notons la synthèse de nanomatériaux composites à base de carbone pour leur intégration dans les cellules solaires et les biomatériaux. En examinant les caractéristiques du plasma (température et densité du plasma, densité des cations et des anions) et en les corrélant à celles des particules de poudre, on constate que le champ magnétique modifie le processus de la formation des particules poudreuses dans la décharge à très basse pression. Plus précisément, il favorise la nucléation des nanoparticules de carbone à travers plusieurs voies impliquant les anions et les cations. Ces nanoparticules comprennent deux phases différentes, une couche de carbone amorphe et un noyau poreux formé d'un agrégat de grains eux-mêmes constitués de nanocristaux de graphite revêtus d'une couche amorphe. On constate que le rayon moyen des particules de poudre augmente avec le champ magnétique, ce qui est lié à l'amélioration de leur temps de résidence dans le volume du plasma.
Author: Jiashu Lin
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Les plasma poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides dont les tailles vont quelques nanomètres à quelques dizaines de micromètres. La présence de ces particules solides, dans les plasmas, a été découverte dans les procédés de l'industrie de microélectronique. Les particules dans le plasma étaint considérées comme la source principale de la contamination de ces procédés. Les premiers travaux de recherche était focalisées sur les méthodes et moyens de les éliminer et d'empêcher leur formation. Suite à l'identification des différentes phase de formation et la découverte de la structure cristalline des nanoparticules qui se forment dans la première phase des applications très prometteuses ont commencé à se développer dans différents domaines tels que le photovoltaïque, la nanoélectronique etc., Ceci a donné une nouvelle impulsion aux activités de recherches sur les propriétés du plasma poudreux ont attiré l'attention de plus en plus de chercheurs à travers le monde.Les plasmas poudreux sont des plasmas qui contiennent des particules solides dont les tailles vont de quelques nanomètres à quelques dizaines de micromètres. La présence de ces particules solides, dans les plasmas, a été découverte dans les procédés de l'industrie de microélectronique. Les particules dans le plasma étaient considérées comme la source principale de la contamination de ces procédés. Les premiers travaux de recherche étaient focalisées sur les méthodes et moyens deles éliminer et d'empêcher leur formation. Suite à l'identification des différentes phases de formation et la découverte de la structure cristalline des nanoparticules qui se forment dans la première phase des applications très prometteuses ont commencé à se développer dans différents domaines tels que le photovoltaïque la nanoélectronique etc..., Ceci a donné une nouvelle impulsion aux activités de recherches sur les propriétés du plasma poudreux et ont attiré l'attention de plus en plus de chercheurs à travers le monde.Les travaux de recherche, entrant dans le cadre de cette thèse, sur les plasmas poudreux, ont été focalisés essentiellement sur le contrôle de la formation des particules solides et leur transport dans le plasma. Par conséquent, cette thèse est composée par deux parties, la première concerne la formation des particules en phase gazeuse dans le plasma et la deuxième traitera du comportement et du transport du nuage dense de particules dans le plasma. Ces travaux ont été effectués au sein du laboratoire GRMI (Université d'Orléans, France) et du Département d'électronique du Kyoto Institute of technology (Japon), respectivement, dans le cadre d'une co-tutelle.Les travaux sur la formation des particules a été réalisée dans un plasma RF généré dans un mélange gazeux composé d'Argon (Ar, 98%) et d'Acétylène (C2H2, 2%). Le processus de formation des particules s'effectue en trois étapes: la nucléation (phase chimique), l'agglomération, et la croissance par dépôt radicalaire sur la surface des particules. Nous sommes intéressés à l'étape de nucléation. L'influence de la puissance, la pression et la température des gaz sur le temps de nucléation est étudiée. L'évolution temporelle de la tension d'auto polarisation de la décharge est utilisée comme un indice pour détecter la fin de l'étape de nucléation. Les résultats montrent que le temps de nucléation augment avec l'augmentation de la température mais diminue avec celle de la puissance et de la pression. Cela dit, plus la température est basse, la puissance et la pression sont élevées, plus la phase de nucléation est rapide. La dépendance de la nucléation de la température est expliquée par le mécanisme de la relaxation de l'excitation translationnelle-vibrationnelle des molécules du gaz précurseur. En effet l'énergie d'excitation vibrationnelle joue le rôle d'énergie d'activation pour les réactions chimiques ayant lieu lors de cette phase. Par contre, celles sur la puissance et la pression, elles sont expliqué
Author: Jean-Philippe Blondeau
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L'ETUDE DE LA FORMATION ET DU COMPORTEMENT DES PARTICULES DANS LES PLASMAS CONNAIT ACTUELLEMENT DES DEVELOPPEMENTS IMPORTANTS. L'APPARITION DE PARTICULES DANS LES PROCEDES PLASMAS CONSTITUE SOUVENT UN PHENOMENE DE POLLUTION. INVERSEMENT LES PLASMAS POUDREUX PEUVENT ETRE UTILISES POUR LA SYNTHESE DE MATERIAUX NOUVEAUX. CETTE THESE EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES PLASMAS POUDREUX DANS LE CAS D'UN REACTEUR RF ET DU MELANGE ARGON SILANE. DANS CE TRAVAIL UNE ATTENTION PARTICULIERE A ETE APPORTEE AUX DIAGNOSTICS DE MESURES ELECTRIQUES ET OPTIQUES. A PARTIR DE L'OBSERVATION DE LA REPARTITION SPATIALE DES PARTICULES NOUS AVONS DEDUIT LES MECANISMES DE PIEGEAGE ET LES FORCES S'EXERCANT SUR CES PARTICULES. LA DIFFUSION DE LA LUMIERE NOUS A PERMIS, A PARTIR DES THEORIES DE RAYLEIGH ET DE MIE D'OBTENIR DES INFORMATIONS SUR L'EVOLUTION TEMPORELLE DE LEUR TAILLE, DE LEUR DENSITE ET DE LEUR INDICE DE REFRACTION. NOUS AVONS EGALEMENT MIS EN EVIDENCE, GRACE A DES MESURES ELECTRIQUES ET SPECTROSCOPIQUES QUE LA PRESENCE DE PARTICULES S'ACCOMPAGNE D'UNE AUGMENTATION DE LA PUISSANCE COUPLEE AU PLASMA. UNE METHODE ORIGINALE DE CONFINEMENT, DANS UN PLASMA D'ARGON, DE PARTICULES CREEES DANS UN PLASMA ARGON SILANE, A PERMIS DE SIMPLIFIER L'INTERPRETATION ET LA MODELISATION DES PHENOMENES. CETTE MODELISATION A ETE REALISEE AVEC L'EQUIPE DE J. P. BUF A TOULOUSE. L'ETUDE DE L'INTERACTION PARTICULE-PLASMA A PERMIS D'ESTIMER LE POTENTIEL FLOTTANT ET LA CHARGE PORTEE PAR LES PARTICULES AINSI QUE LES TAUX DE PERTES D'ELECTRONS ET D'IONS POSITIFS. CES RESULTATS ONT ETE UTILISES DANS UN MODELE MACROSCOPIQUE DE LA DECHARGE DE MANIERE A OBTENIR SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES. LA COMPARAISON MODELE ET EXPERIENCE S'AVERE TRES SATISFAISANTE ET PROUVE LA VALIDITE DU MODELE D'INTERACTION PARTICULE-PLASMA
Author: Karim Ouaras
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Ce travail de thèse traite de l'application d'outils de diagnostics optiques et électriques aux poussières formées dans des plasmas micro-ondes, magnétisé ou non , en vue d'élucider à la fois leur cinétique de formation , et leur dynamique dans ces milieux. Après des premiers chapitres (1 à 3) introductifs qui ont vocation à décrire l'état de l'art récent concernant les plasmas poussiéreux, la démarche de ce travail ainsi que les principaux outils diagnostics utilisés ou mis en place durant cette thèse (spectroscopie d'absorption infrarouge, extinction / diffusion laser entre autres), ce manuscrit peut être scindé en deux parties. La première traite de l'étude fondamentale de poussières de carbone formées à partir de gaz hydrocarbonées tels que CH 4 et C2H2 (Chap.4/ 5), et la seconde d'une étude orientée sur la formation de poussières de tungstène par pulvérisation d'une cible massive exposée à des plasmas d'hydrogène et d'argon (Chap.6). Cette dernière partie vise à appréhender certains processus menant à la formation de poussières dans des conditions proches des machines de fusion thermonucléaire. De l'ensemble de ces travaux ressortent certains résultats importants liés au caractère magnétisé de la décharge, mais également aux types de source plasma utilisées. En effet, il a été montré que l 'utilisation de source micro-onde ponctuelle induit de fort gradient de température au sein du milieu conduisant à une prépondérance de la force de thermophorèse sur la dynamique des poussières par rapport aux autres forces (électrique, ionique) considérées habituellement comme les forces dominantes dans les plasmas poussiéreux usuels (RF, DC). De plus, il a été montré que la formation de poussières était possible dans des conditions peu propice à leur création (très basse pression) grâce à l'action du champ magnétique qui permet aux ions d'être confinés dans la décharge sur des temps assez long pour être à même d'amorcer des processus de nucléation. Ainsi, les ions positifs joueraient un rôle clé dans la formation de précurseurs de poussières dans des plasmas magnétisés (très basse pression). Enfin, il a été montré que l'interaction d'un plasma d'hydrogène avec une cible massive de tungstène pouvait non seulement conduire à la formation de poussières par processus de pulvérisation mais également par des processus d'explosion de cloques formées à la surface du tungstène après diffusion de l'hydrogène dans la surface.
Author: Jérémy Pereira
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Pages : 190
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Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de poudres dans les plasmas radiofréquence basse pression de méthane et méthane-azote. Nous avons étudié le rôle du pourcentage d’azote dans le mélange gazeux sur la formation et la structure chimique des particules carbonées. Nous avons analysé l’influence du comportement des particules sur les caractéristiques électriques du plasma. Alors que l’incorporation d’une faible quantité d’azote au sein d’un plasma de méthane retarde la formation des particules sans modifier leur comportement au sein de la décharge, une plus grande incorporation d’azote ([N2]>30%) favorise la création des particules, modifie leur comportement au sein de la décharge et conduit à un phénomène de multi-génération pour les plasmas les plus riches en azote ([N2]>70%). Pour un mélange gazeux particulier de 30%CH4/70%N2, nous avons aussi mis en évidence la présence d’instabilités macroscopiques correspondant à un phénomène d’interactions électrostatiques entre les nuages de particules en limite de gaine cathodique et anodique. Les phénomènes de multi-générations et d’instabilités ont été corrélés avec les variations des caractéristiques électriques du plasma. Différentes techniques d’analyses (MEB, FTIR, XPS, EDAX) sont utilisées pour mettre en évidence les modifications de la taille, de la morphologie et de la composition chimique des particules. Ces analyses nous ont permis de mettre en évidence l’émergence de liaisons azotées CN (simples, doubles et triples) et NH. Pour des mélanges 10%CH4/90%N2 nous avons mesuré un rapport N/C proche de 0,5. Cette forte incorporation d’azote entraîne une graphitisation de la structure des particules.
Author: Mathias Rojo
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Pages : 149
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Book Description
Depuis la fin des années 80, les plasmas poussiéreux sont l'objet d'un grand nombre d'études. Plusieurs domaines de la physique des plasmas sont confrontés à la présence de ces particules: en astrophysique, dans les procédés de dépôt ou de gravure, dans les plasmas de fusion thermonucléaire contrôlée. Les plasmas poussiéreux ont très peu été étudiés dans des décharges micro-onde basse pression. Il y a une quinzaine d'années encore, il était admis que les probabilités de recombinaisons d'espèces réactives en volume étaient négligeables à cause de la faible densité du gaz. Au LAPLACE, des poussières incandescentes sont observées en plasma RCER d'acétylène. La présente étude a pour objectif d'apporter des éléments de réponses sur les mécanismes liés à la formation, au transport et au chauffage de ces poussières. Ce document présente les résultats obtenus durant ces 4 années de thèse. Le chapitre 1 introduit brièvement l'émergence de la thématique des plasmas poussiéreux, ainsi que certains aspects théoriques importants des décharges multipolaires. Le chapitre 2 détaille le dispositif expérimental ainsi que les différents diagnostiques utilisés durant cette étude: sonde de Langmuir, sonde de Mach, sonde de flux aux parois et imagerie rapide. Le chapitre 3 présente en détail les mécanismes de chargement et de chauffage des poussières. Dans cette partie, des mesures expérimentales ainsi qu'un modèle sont couplés afin d'expliquer l'incandescence et d'estimer la charge des particules. Le chapitre 4 décrit la caractérisation du transport des poussières dans une plasma d'acétylène par imagerie rapide. Dans ce chapitre, nous discutons des forces pouvant être responsables de ce transport. Enfin, le chapitre 5 passe en revue les résultats obtenus sur l'interaction plasma surface, à l'aide d'analyses ex-situ ainsi que des mesures de sondes de flux aux parois.
Author: Mathias Rojo
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Depuis la fin des années 80, les plasmas poussiéreux sont l'objet d'un grand nombre d'études. Plusieurs domaines de la physique des plasmas sont confrontés à la présence de ces parti- cules: en astrophysique, dans les procédés de dépôt ou de gravure, dans les plasmas de fusion thermonucléaire contrôlée. Les plasmas poussiéreux ont très peu été étudiés dans des dé- charges micro-onde basse pression. Il y a une quinzaine d'années encore, il était admis que les probabilités de recombinaisons d'espèces réactives en volume étaient négligeables à cause de la faible densité du gaz. Au LAPLACE, des poussières incandescentes sont observées en plasma RCER d'acéty- lène. La présente étude a pour objectif d'apporter des éléments de réponses sur les méca- nismes liés à la formation, au transport et au chauffage de ces poussières. Ce document présente les résultats obtenus durant ces 4 années de thèse. Le chapitre 1 introduit brièvement l'émergence de la thématique des plasmas poussiéreux, ainsi que certains aspects théoriques importants des décharges multipolaires. Le chapitre 2 détaille le dispositif expérimental ainsi que les différents diagnostiques utilisés durant cette étude: sonde de Langmuir, sonde de Mach, sonde de flux aux parois et imagerie rapide. Le chapitre 3 présente en détail les mécanismes de chargement et de chauffage des poussières. Dans cette partie, des mesures expérimentales ainsi qu'un modèle sont couplés afin d'expliquer l'incandescence et d'estimer la charge des particules. Le chapitre 4 décrit la caractérisation du transport des poussières dans une plasma d'acétylène par imagerie rapide. Dans ce cha- pitre, nous discutons des forces pouvant être responsables de ce transport. Enfin, le chapitre 5 passe en revue les résultats obtenus sur l'interaction plasma surface, à l'aide d'analyses ex-situ ainsi que des mesures de sondes de flux aux parois.
Author: Agnes Buka
Publisher: World Scientific
ISBN: 1848167997
Category : Science
Languages : en
Pages : 299
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Book Description
The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
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Category : Respiration
Languages : en
Pages : 688
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Book Description
Author: Philostratus (the Athenian)
Publisher:
ISBN:
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Languages : en
Pages : 280
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