Synthèse de nanoparticules d'argent a l'aide d'un procédé plasma-liquide

Synthesis of silver nanoparticles using a plasma-liquid process

• Auteur / Autrice : Mine Er
• Direction : Xavier Duten
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux - Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 16/05/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Vrel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Clément, Arlette Vega Bancel Vega Gonzales
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Ognier, Christophe Colbeau-Justin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie)

Nanoparticules

Nanoparticules d'argent

Mots clés libres

Plasma liquide

Résumé

Le principal objectif de cette thèse sont de développer un procédé plasma / liquide (PLI) pour la synthèse de nanoparticules d‟argent. La synthèse de nanoparticules d‟argent est d‟abord étudiée en fonction de paramètres chimiques (concentration du précurseur et d‟agent stabilisant, pH initial de la solution) dans le but d‟optimiser le procédé de PLI et de synthétiser des particules sphériques de petite taille et uniformément réparties. Cette étude est réalisée à l‟aide d‟un générateur d‟impulsions MARX. Dans la suite, la synthèse de nanoparticules d'argent est étudiée en fonction de paramètres physiques (durée d'impulsion, tension appliquée et tension appliquée sur la distance interélectrodes pour un rapport constant). Pour cette étude, un commutateur BEHLKE à semiconducteurs est utilisé pour la génération d‟impulsions haute tension. L‟étude a montré que la synthèse et la morphologie des nanoparticules d'argent sont dépendantes de paramètres de processus chimiques et physiques. Des différences dans la génération de décharges de plasma sont observées lors de l'utilisation de deux types de générateurs d'impulsions et sont expliquées plus en détail. Les nanoparticules d'argent synthétisées à l'aide du générateur d'impulsions MARX sont sphériques et uniformément réparties avec un diamètre hydrodynamique moyen de 10 nm. Ces nanoparticules d'argent ont été préparées par des décharges pulsées ayant une énergie de 40 mJ/impulsion et une puissance de 2 W. La synthèse de nanoparticules d'argent dans des conditions de synthèse similaires à l'aide du générateur BEHLKE a abouti à la production de nanoparticules d'argent de taille plus grande et polyhédriques.

The main objectives of this thesis are to develop a plasma liquid immersion (PLI) method for the synthesis of silver nanoparticles. Synthesis of silver nanoparticles is first investigated with respect to chemical parameters (concentration of precursor and of stabilizing agent, and initial pH of the precursor solution) in the aim of optimizing PLI process and silver nanoparticles in order to synthesize spherical, small-sized, and uniformly-distributed silver nanoparticles. This investigation is performed using a MARX pulse generator. Secondly, synthesis of silver nanoparticles is investigated with respect to physical parameters (pulse duration, applied voltage, and applied voltage over the interelectrode distance for a constant ratio). For this investigation, a solid-state BEHLKE switch is used in the generation of plasma pulses. The study showed that the synthesis and morphology of silver nanoparticles are process dependent. Differences in the generation of plasma discharges are observed, when using two types of pulse generators, and are further explained. Optimized silver nanoparticles, synthesized using the MARX pulse generator, are spherical and uniformly distributed with an average hydrodynamic diameter of 10nm. These silver nanoparticles were produced by injecting only 40mJ energy into pulsed plasma discharges of the PLI process with 2W in power consumption. Synthesis of silver nanoparticles at similar synthesis conditions using the BEHLKE pulse generator resulted in the production of larger-sized polyhedral-shaped silver nanoparticles.