Nouveaux procédés basés sur un réacteur-injecteur de nanoparticules pour le dépôt par plasma de couches minces nanocomposites multifonctionnelles (RI-plasma)

Le concept de revêtements multifonctionnels est devenu une prérogative dans le développement de surfaces innovantes. Pour plusieurs applications hautement compétitives au niveau international, l’un des défis consiste à obtenir des revêtements nanocomposites (NC) formés de nanoparticules (NP) petites (<10 nm), isolées (non agrégées) et bien dispersées dans la matrice. Dans ce contexte, nous souhaitons explorer dans cette collaboration de recherche interdisciplinaire, le potentiel de méthodes de pointe, «safe-by-design», polyvalentes, vertes et industrialisables pour le dépôt de couches minces NC multifonctionnelles et durables. Les méthodes à fort potentiel d’industrialisation que nous avons ciblées reposent sur un réacteur-injecteur de NPs couplé à des procédés avancés basés sur des plasmas. Plus précisément, l’une des méthodes proposées permet de synthétiser des NPs à partir de l’hydrolyse de précurseurs organométalliques judicieusement synthétisés juste avant leur injection dans un réacteur de dépôt. Cela évite toute agglomération associée à la vaporisation des gouttelettes et réduit les risques humains et environnementaux potentiels liés à la manipulation des NPs pendant la synthèse et le traitement. De même, l’autre méthode de synthèse des NPs repose sur des plasmas hautement transitoires entretenus soit dans ou en contact avec des liquides. Grâce à un contrôle judicieux des interactions plasma-liquide et plasma-électrode, cette méthode permet une synthèse rapide de nanoparticules métalliques et d’oxydes métalliques dispersées dans le liquide. L’injection de NPs obtenues à partir des deux méthodes sera réalisée dans deux types de réacteurs à plasma hors équilibre thermodynamique (ou non thermiques) d’intérêt dans la fabrication de matériaux avancés, à savoir les décharges RF capacitives à pression réduite pour le traitement par lots et les décharges à barrière diélectrique à la pression atmosphérique pour les traitements continus en configuration roll-to-roll. En ligne avec les stratégies d’innovation exprimées par de nombreux partenaires industriels majeurs dans le monde et la très forte valeur ajoutée des revêtements NC dans les domaines de l’aéronautique et de l’exploration spatiale (A&S), une attention particulière sera portée aux couches minces NC à base de NPs d’oxydes métalliques (ZnO et NiOx) dispersés dans diverses matrices dont le «diamant-like carbon». Plus précisément, nous nous concentrerons sur tous les facteurs mis en jeu dans l’évolution des propriétés physiques et chimiques des couches minces CN multifonctionnelles et durables. Enfin, nous souhaitons réaliser une étude fondamentale de pointe sur les mécanismes d’atomisation et de transport des NPs obtenus à partir des deux méthodes dans des plasmas hautement réactifs. Il est clair que tous ces aspects joueront un rôle clé dans le prototypage et la mise à l’échelle de ces technologies avancées d’ingénierie de surface.