La synthèse à grande échelle de nanoparticules
Les nanoparticules de grande pureté sont de plus en plus demandées pour leur activité antibactérienne dans le textile, leur activité catalytique dans des réacteurs à membrane, leurs propriétés ignifuges dans les polymères composites, ou pour améliorer l'efficacité des cellules solaires. Les nanoparticules peuvent être obtenues soit à partir de matériaux bruts, soit synthétisés par des approches ascendantes, c'est-à-dire à partir d'espèces atomiques ou moléculaires en utilisant des réactions chimiques permettant une croissance de la taille des particules. Jusqu'à présent, la production de nanoparticules sans précurseur nécessitait généralement l'utilisation de réacteurs à plasma classiques. Cependant, la taille et la complexité de ce type d'installation ont constitué un obstacle à la généralisation de leur utilisation industrielle. Qui plus est, d'autres méthodes de production des nanoparticules, telles que l'utilisation de systèmes de décharge en arc, sont instables, et ne peuvent fonctionner sur des périodes longues, et tout comme les systèmes de décharge à étincelle, présentent un faible taux de production. Le projet BUONAPART-E (Better upscaling and optimization of nanoparticle and nanostructure production by means of electrical discharges), financé par l'UE, a fait progresser les méthodes par décharge en arc et par étincelle afin de synthétiser des nanoparticules métalliques de grande pureté par des procédés stables et peu coûteux, avec des taux de production et un rendement énergétique élevés. Ces procédés avancés permettent la synthèse de différents matériaux en utilisant la même plateforme, dont l'unité d'évaporation de base est un ensemble d'électrodes. En évitant d'utiliser des précurseurs et des solvants chimiques dangereux, tout en recyclant les gaz inertes, ce procédé a un impact minimal sur l'environnement. Un avantage majeur est la possibilité de produire des nanoparticules sur mesure, présentant des tailles et des propriétés spécifiques. En utilisant des blocs d'alimentation peu coûteux et un jeu d'électrodes, les scientifiques ont multiplié par dix les taux d'évaporation des gaz, obtenant par exemple 36 g / h (Zn), 4,4 g / h (Cu) et 1 g / h (Ag). L'équipe a ensuite augmenté le débit du procédé en mettant en parallèle 16 jeux d'électrodes, obtenant la même qualité de produit, la même cadence de production et la même consommation d'énergie. Trois demandes de brevet pour la méthode de décharge en arc ont été déposées. Le procédé de décharge par étincelle a encore été amélioré en développant une alimentation à haute fréquence qui permet d'obtenir des fréquences allant jusqu'à 9 kHz au lieu de quelques centaines, tout en préservant la petite taille des particules. En utilisant ces méthodes simples et peu coûteuses de génération de nanoparticules, le consortium du projet a démontré plusieurs applications d'intégration de nanoparticules dans des produits intermédiaires ou finaux. BUONAPART-E a démontré des méthodes viables et hautement durables pour élargir à l'échelle industrielle la production de nanoparticules. La plateforme flexible nouvellement développée permet de synthétiser à un coût compétitif des nanoparticules de haute qualité répondant aux exigences des clients.
Mots‑clés
Nanoparticules, BUONAPART-E, décharges électriques, textiles, réacteurs à membrane, cellules solaires
