Study of the chemical kinetics and radiative properties of an arc plasma dedicated to the synthesis of carbon nanoparticles
Étude de la cinétique chimique et des propriétés radiatives d'un plasma d'arc dédié à la synthèse de nanoparticules de carbone
Résumé
The electric arc process or the quasi-thermal plasma is one of the most used to produce nanomaterials. The study of the physicochemical phenomena underlaying arcs can be achieved by means of collisional-radiative models to thoroughly describe the chemical composition with the use of the particles number conservation law in the plasma. This method allows a straightforward calculation of thermal properties. These models provide a realistic description of the arc-induced chemistry and allow better understanding of the deviations from local thermodynamic equilibrium. It is in this context that the present work is clearly situated, relating to develop multi-temperature numerical tools able to predict, the chemical composition of Ar-He-N2 mixtures in the presence of carbon, nickel and yttrium removal from electrodes, experimentally used for carbon nanotubes synthesis, and determine the radiative proprieties such as the emission spectra of the C2 Swan and the CN Violet systems frequently observed in nitrogen and carbon containing mixtures and useful for arc characterization and diagnostics : the determination of the rotational and the vibrational temperatures.
Le procédé de synthèse par arc électrique ou plasma quasi-thermique est l'un des plus usités pour la production de nanomatériaux. L'étude des phénomènes physico-chimiques sous-jacents peut être réalisée au moyen de modèles collisionnels-radiatifs, pour décrire plus finement la composition chimique en s'appuyant sur les lois de conservation du nombre de particules dans le plasma, et accéder ensuite aux propriétés thermiques. Ces modèles fournissent une description réaliste de la chimie induite par les arcs et permettent de prendre en compte les éventuels écarts à l'équilibre thermodynamique local. C'est dans ce contexte que se situe ce travail, relatif au développement des outils numériques multi-températures pour, prédire la composition chimique du mélange Ar-He-N2 en présence de carbone, nickel et yttrium provenant de l'ablation des électrodes, employé expérimentalement pour la synthèse de nanoparticules de carbone, et élaborer une base de données spectroscopiques permettant de décrire les phénomènes radiatifs dans des mélanges composés de l'azote et du carbone, notamment la détermination des spectres en émission des deux systèmes C2 Swan et CN Violet fréquemment observés et utiles pour la caractérisation et le diagnostic des arcs : détermination des températures de rotation et de vibration.
Domaines
Plasmas
Origine : Version validée par le jury (STAR)