WO2010046595A1 - Method and system for analysing the stoichiometry of particles and process for manufacturing particles with stoichiometry control - Google Patents

Method and system for analysing the stoichiometry of particles and process for manufacturing particles with stoichiometry control Download PDF

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WO2010046595A1
WO2010046595A1 PCT/FR2009/052008 FR2009052008W WO2010046595A1 WO 2010046595 A1 WO2010046595 A1 WO 2010046595A1 FR 2009052008 W FR2009052008 W FR 2009052008W WO 2010046595 A1 WO2010046595 A1 WO 2010046595A1
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WO
WIPO (PCT)
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particles
stoichiometry
plasma
analysis
aerosol
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/052008
Other languages
French (fr)
Inventor
Emmeric Frejafon
Tanguy Amodeo
Christophe Dutouquet
Original Assignee
Institut National De L'environnement Industriel Et Des Risques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National De L'environnement Industriel Et Des Risques filed Critical Institut National De L'environnement Industriel Et Des Risques
Publication of WO2010046595A1 publication Critical patent/WO2010046595A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/718Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/443Emission spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a method for analyzing composite particles having a diameter of less than 1 ⁇ m, making it possible to determine the stoichiometry thereof.
  • a composite particle is a particle of at least two elements (i.e., at least two elemental chemical species), and the particle stoichiometry refers to the relative proportions of the elements constituting the particles.
  • a particle analysis is performed in the laboratory, using chemical analysis means such as inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-AES). 'English' Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy ').
  • ICP-AES inductively coupled plasma optical emission spectroscopy
  • the measurement is carried out as follows: During manufacture of a batch of particles, at the end of manufacture, a representative sample of these particles is taken; it is then taken to an analytical laboratory, where it is analyzed.
  • This method has the disadvantage of not being automatic, and not to be carried out online, that is to say directly on the production process or in the vicinity of it.
  • a first objective of the invention is to propose a method for analyzing composite particles with a diameter of less than 1 ⁇ m, making it possible to determine the stoichiometry thereof, a method in which, at least once, steps b1 are executed. and b2): bl) laser firing (10) on a stream of an aerosol containing the particles to be analyzed, so as to form a plasma (12), and b2) acquiring at least one emission spectrum (18) from the plasma using a light collection device (66) connected to an optical spectrometer (68) equipped with a detector (70), the acquisition taking place between an initial instant TD and a final instant T F , these two moments being counted from the moment of the laser shot; and then, c) from the emission spectrum (s) (18) obtained, the stoichiometry of the particles is determined; a method that is automatic, that can provide reliable, reproducible and substantially real-time results, so that it can be used on the production line.
  • step c) comprises the following operation:
  • a, b are the two elements whose ratio S a / t > is determined , ij is the transition considered for the element a, between the levels i and j,
  • N a ⁇ ot is the total number of atoms of the element a, the sum of the atoms N aI ⁇ o t in the neutral state I, ie the degree of ionization 0, and of the atoms N a ' ⁇ ⁇ o t at the first ionized state II, i.e. at the degree of ionization +1
  • I a / I ij is the total intensity corresponding to a line of the element a in the neutral state, corresponding to the transition between states i and j
  • h a ' ⁇ j is the wavelength of radiation emitted during this transition
  • ⁇ ' 1 is the partition function of the element in the neutral state.
  • g, and g k are the statistical weights respectively of level i of element a and level k of element b
  • T e is the electronic temperature
  • this method of analysis is a method of the "LIBS” (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) type or laser-induced plasma emission spectroscopy.
  • LIBS Laser Induced Breakdown Spectroscopy
  • the particles are measured in suspension in a gas, and form with it an aerosol.
  • the gas or gases constituting mainly the aerosol does not contain any element also contained by the particles.
  • the measurement is performed on a stream of this aerosol, that is to say on a moving aerosol, for example in a pipe or equivalent.
  • the advantage of measuring the particles when they are diluted in a gas, in the form of an aerosol is that it is very often the form in which they are produced.
  • the analysis method according to the invention can be directly carried out in the aerosol stream containing the particles, without any prior treatment.
  • the aerosol is simply taken from the aerosol stream, for example by means of a bypass line disposed in a branch line on an exit line of an aerosol generating reactor.
  • the measurement on a flow allows a continuous measurement, and in particular an automatic measurement.
  • the particles may be in the liquid phase and / or solid.
  • the different steps of the analysis method can be performed automatically, whereby the results can be obtained very quickly (the acquisition of a spectrum of emission, as well as the data processing, can be made almost immediately, using a spectrometer equipped with a detector and a computer type PC).
  • the emission spectrum from the particles present in the aerosol is of sufficient quality to allow its acquisition by a spectrometer and to enable the determination of the stoichiometry of the particles present effectively.
  • the initial time T 0 corresponds to the beginning of the integration of the emission spectrum by the detector associated with the optical spectrometer; and the integration continues continuously until the final moment TF.
  • the interval of TD at T F is the exposure time, or integration time, of the detector, used to obtain a transmission spectrum.
  • the formulas (Sl) and (S2) make it possible to calculate the stoichiometry of the particles.
  • the equation (Sl) can be used in its general form, which takes into account the numbers of atoms of the elements considered under all of their degrees of ionization.
  • step c) of the method of analysis the factor N 3 '11 t o t / N 3' 1 earlier in Equation (Sl) is determined by the equation ( S3): where m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
  • Eion is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I (atom in its ground state) to the state once ionized IL
  • equation (S3) can be generalized, and we then use equation (S3) in a more general form, in which the indices 1,11 are replaced by pl, p, respectively, which gives the ratio in number of elements present in two consecutive degrees of ionization p-1 and p.
  • the factor N has' t ot ⁇ / N / I soon equation (Sl) can be understood as follows: we choose a time T 0 such that from At the instant T 0 , the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times smaller than the number of the same elements in the neutral state. Thanks to this, in step c), the factors "Of the equation (Sl) are considered negligible. Thus, the proportion S a / b between two elements a, b, according to (Sl), satisfies:
  • the stoichiometric is defined by the ratio of the amounts of these two components. Also, the stoichiometry is given by a single equation directly giving the ratio of the total numbers of atoms of the two species, since the total numbers of atoms of an element are then substantially equal to the number of atoms in the neutral state.
  • step c) comprises the following step: the stoichiometry is determined by choosing as value for a relative proportion between two elements, the value for which is minimal a difference between the observed spectrum, and the spectrum; simulated by a plasma simulator.
  • the sequence of laser firing steps, or step b1) and acquisition of at least one spectrum, or step b2) is repeated at least a hundred times, and step c) is performed by operating accumulated information on all emission spectra thus acquired.
  • the accumulation of the measurement results makes it possible to reduce the dispersion of the results obtained.
  • the exploitation of the information accumulated over all the acquired emission spectra can be achieved by determining an emission spectrum representative of the series of acquired acquisition spectra, for example by averaging them, adding them together, or using any other analogous method to take into account the information contained in the different emission spectra, to synthesize it into a single spectrum.
  • the plasma is optically thin between the TD and TF instants.
  • the acquisition of the emission spectrum (s) necessarily occurs while the plasma is optically thin, and the spectrum (s) is or are not degraded due to the plasma reabsorption of certain spectral lines.
  • the plasma is at the local thermodynamic equilibrium between the instants T 0 and TF.
  • the acquisition of the emission spectrum (s) is done while the plasma is at the local thermodynamic equilibrium, which is a necessary condition for the validity of the equation (S2).
  • a partial thermodynamic equilibrium condition may, however, be sufficient in some cases.
  • each of the spectra used to determine the relative proportions of the different elements constituting the particles is acquired continuously from time T 0 and up to time T F.
  • the relative proportions of all the components are obtained from emission spectra which are all acquired from time Td to time Tf. Thanks to this, the implementation of the method remains simple.
  • the aerosol comprises at least two types of composite particles.
  • the aerosol is helium-free.
  • the method of analysis does not require, or at least not necessarily, the injection of helium to slow the recombination of atoms in the plasma.
  • the analysis method remains simple and can be applied directly to many particle production aerosols, in particular nanoparticles such as silicon carbides, produced in an argon stream by laser pyrolysis.
  • the plasma generated during a step b1) contains at least 300 particles, and preferably at least 300 particles.
  • the aerosol in which the plasma is generated contains at least 10 particles per cubic centimeter, the particle size being between 10 nm and 100 nm. Indeed, a relatively high particle density in the aerosol promotes high measurement accuracy.
  • a step a) takes place, during which the concentration of the particles in the aerosol is adjusted upwards or downwards.
  • concentration of the particles in the aerosol is adjusted upwards or downwards.
  • the analysis method is used to determine the stoichiometry of particles with a maximum diameter of less than 100 nm.
  • silicon carbide particles whose diameters are between 30 nm and 100 nm.
  • These particles may in particular be particles of silicon carbides, titanium or boron; titanium oxides; or alternatively iron oxide F ⁇ 2 ⁇ 3 .
  • step b1) in the aerosol, the particles are suspended in a monoatomic inert gas such as argon, helium or neon.
  • a monoatomic inert gas such as argon, helium or neon.
  • the method according to the invention can however more generally be implemented in other gases. In the latter case, specific precautions may be necessary if necessary (for example, in air), to take into account the possible explosiveness, and the formation of molecular species in the plasma.
  • a second object of the invention is to define a process for manufacturing composite particles with a diameter of less than 1 ⁇ m per laser pyrolysis, a process that can be adjusted or optimized during manufacture, thanks to reliable information and obtained substantially in real-time indicating the stoichiometry of the particles produced.
  • the method comprises the on-line control of the stoichiometry of the particles produced, by means of the analysis method defined above.
  • control is carried out immediately downstream of the point of pyrolysis on the production line, before any transformation of the particles.
  • 'online control' is meant here a control carried out on the production line itself or in the vicinity thereof.
  • the analysis method presented above is extremely fast, which allows to benefit from the results almost immediately, and to exploit them to adjust or optimize the manufacturing process without waiting for the end of the current batch.
  • a third object of the invention is to define an analysis system for determining the stoichiometry of composite particles having a diameter of less than 1 ⁇ m, the system comprising:
  • a chamber interposed on a channel, the channel being able to convey an aerosol containing the particles to be analyzed;
  • a laser capable of firing on the aerosol as it passes through the chamber to locally form a plasma
  • an optical spectrometer equipped with a detector towards which the collected light is directed;
  • calculating means able, from the emission spectrum or spectra obtained, to determine the particle stoichiometry; system that can provide results automatically, quickly, in order to provide fast and reproducible results, especially for implementation on production line.
  • calculation means (76) are designed to calculate the stoichiometry as follows: the proportion S or S a / b between two elements a, b is calculated using the equation (Sl):
  • a, b are the two elements whose ratio S a / t > / ij is the transition considered for the element a, between the levels i and j, N a ⁇ o t is the total number of atoms of the element a, sum of the atoms N aI ⁇ o t in the neutral state I, that is to say the degree of ionization 0, and of the atoms N a ' ⁇ ⁇ o t at the first ionized state II it is ie the degree of ionization +1, p 1 ' ⁇ is the total intensity corresponding to a neutral line of element a, corresponding to the transition between states i and j, ⁇ a / I i j is the wavelength of the radiation emitted during this transition, Z 3 ' 1 is the partition function of the element a in the neutral state, g f and gk are the statistical weights respectively of the level i of the element a and the level k of the element b
  • E a 'i is the energy of the higher level i for the element a in the neutral state
  • k is the Boltzmann constant
  • T e is the electronic temperature
  • the light detector associated with the spectrometer is generally an intensified CCD camera (or ICCD).
  • the calculation means determine the factor N a ' ⁇ t o t / N a / I t ôt of the equation (Sl) by using the equation (S3): where m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
  • E 10n is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I to the state once ionized IL
  • the light collection means are provided for collecting light only from the initial instant TD, from which the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times less than the number of the same elements in the neutral state, whereby in step c), the factors N 34 WN 3 ' 1 early and N 134 WN "' 1 early in equation (Sl) are considered negligible , and thus for the proportion Sa / b between two elements a, b, according to (Sl), verify:
  • the channel is installed between two points of an aerosol transport pipe, a pressure difference between these two points inducing the movement of the aerosol in the channel.
  • the aerosol circulation in the channel is spontaneously under the effect of the pressure difference, and it is not necessary to provide means for moving the aerosol, such as for example a specific pump. .
  • the analysis system further comprises a gas supply channel, for adding gas into the aerosol upstream of the chamber to reduce the concentration of particles in the aerosol.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the method of analysis by Laser Induced Plasma Emission Spectroscopy (LIBS);
  • LIBS Laser Induced Plasma Emission Spectroscopy
  • FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum obtained on a plasma of silicon carbide particles
  • - Figures 3 and 4 are schematic views showing an analysis system according to the invention, for determining the stoichiometry of composite particles, installed on a production line of these particles, respectively in top view and in perspective
  • FIG. 5 is a diagram showing an emission spectrum resulting from measurements made, as compared with a calculated spectrum simulating two argon lines, for calculating the electron density;
  • FIG. 6 is a diagram showing the variation curves of the electronic density as a function of time, for the SiC and SiCs particles ;
  • FIG. 7 is a Boltzmann diagram used for the determination of the electronic temperature;
  • FIG. 8 is a diagram showing the evolution curve of the electronic temperature T e as a function of time during the manufacture of silicon carbide SiC particles;
  • FIG. 9 is an evolution diagram of the intensity I of a silicon line as a function of the concentration C of the silicon;
  • FIG. 10 is a diagram showing the impact of the variations of the electronic temperature T ⁇
  • the LIBS measurement method is a basic analysis method, in two stages; At a time T 0 , a short laser pulse 10 is sent, or laser shot, whose duration varies from a few femtoseconds to a few nanoseconds, to the surface of solids, liquids or even in an aerosol, which is to be determined the composition. A small amount of material is then heated in the state of ionized gas thus forming a plasma 12, At the heart of this plasma generated by the intense laser pulse sent, the material is vaporized, the molecules are dissociated.
  • the radiation emitted by the plasma is acquired by means of an emitted light collection device 14, connected to an optical spectrometer 16 equipped with a detector, such as an ICCD camera; the composition of the sample studied is then determined using calculation means (computer 20), using the spectrum (s) 18 emitted by the plasma atoms 12.
  • FIG. 2 represents an optical emission spectrum obtained during the vaporization of silicon carbide nanoparticles (SiC x ) in a plasma created by laser, spectrum obtained by means of an analysis system as presented previously.
  • This spectrum constitutes the analytical signal or LIBS signal, and comprises different lines whose wavelength ⁇ are characteristic of the elements present in the plasma, and make it possible to identify the latter.
  • the spectrum comprises a line 22 characteristic of carbon C and a set of lines 24 characteristic of silicon Si.
  • the analytical method presented serves to determine the stoichiometry of silicon carbide particles (SiC x ) produced by a production line 26 by laser pyrolysis.
  • an analysis system 28 according to the invention, for determining the stoichiometry of the particles produced.
  • the production line 26 comprises a reactor 30 in which the nanoparticles are synthesized, shown in FIG. 3 (and schematized in a very simplified manner in FIG. 4). Gas injection means (not shown) make it possible to maintain this reactor 30 under an argon atmosphere.
  • the reactive gases, SiH 4 and CzH 2 , necessary for the production of SiC x nanoparticles, are conducted into the reactor via a pipe 32 # and injected through a nozzle 34 located in the center of the reactor 30 in its lower part.
  • a high-power continuous laser beam 36, a few centimeters wide produced by a CO 2 laser 37 passes through the reactor 30 perpendicularly to the axis of the nozzle 34.
  • the beam is focused by a lens 38 in the direction perpendicular to its axis. of propagation, precisely at the point of injection P of the reactive gases, just in These gases absorb energy from the laser and dissociate before recombining in the pyrolysis flame to form SiC x silicon carbide nanoparticles.
  • These nanoparticles are then removed from the reactor in a conduit 40 by the injected argon flow, used as a carrier gas, the argon flow mixed with the nanoparticles constituting the 'product stream'.
  • the product stream passes through the conduit 40 to a collector 42, in which the nanoparticles produced are stored.
  • the remainder of the flow produced, that is to say the gases contained therein, is sucked by a pump 44 placed downstream of the collector (FIG. 4) and connected to the latter by a suction duct 43.
  • This sampling channel 46 consists of a hollow metal rod with an inside diameter of a few millimeters. Its upstream end (sampling end) is bevelled at an angle of about 55 to 60 degrees with respect to the straight section of the duct 40.
  • the stream taken is conveyed via the sampling channel 46 to a LIBS analysis cell 50, in which it will be subjected to analysis.
  • the sampling channel 46 is arranged with radii of curvature such that the collisions of nanoparticles against the walls of the channel is minimized.
  • a first valve 48 is installed on the channel 46 upstream of the LIBS cell 50 in order to be able to stop the admission of the flow taken from the cell.
  • the output of the LIBS analysis cell 50 is connected to a vacuum vial 52 via a downstream portion of the sampling channel 46.
  • a fraction of the nanoparticles of the sampled flow is collected for delayed chemical analyzes.
  • the remainder of the sampled flow is evacuated using a flexible hose 54 connecting the outlet of the vacuum flask to the exhaust duct 43 downstream of the collector 42 of nanoparticles.
  • connection point B of the sampling channel 46 on the production line 40 is sufficient to allow the flow of the stream taken through the cell 50 to determine the stoichiometry of the particles.
  • a filter 55 and a second valve 56 are arranged on the flexible pipe 54 in order respectively to remove any remaining nanoparticles in suspension in the sampled flow, and to be able to stop the circulation of the sampled flow.
  • closing the two valves 48 and 56 makes it possible to isolate the LIBS analysis cell 50 during maintenance operations or configuration changes in the production line by laser pyrolysis.
  • the LIBS analysis cell 50 is provided with three openings for the optical sights.
  • the first opening 58 is equipped with a convex fused silica piano lens with a focal length of 50 mm by means of which laser pulses of 5 ns duration, wavelength 1064 nm, energy 50 mJ delivered by a 60 Nd: YAG laser operating with a firing frequency of 20 Hz are focused in the internal chamber of the cell 50.
  • a plasma is thus created in the sampled stream, consisting of a mixture of argon and nanoparticles. .
  • This radiation (or LIBS signal), containing the information on the chemical composition and the stoichiometry, is collected using a telescope 66, whose line of sight is placed perpendicularly to the laser beam.
  • the telescope 66 is connected to a spectrometer 68 surmounted by an intensified CCD camera 70 with the aid of an optical fiber 72 having a core diameter of 50 ⁇ m.
  • the third port 64 is installed facing the focusing lens to allow the escape of the beam which is then stopped by means of a beam stop device 74.
  • the procedure is as follows. During the production of nanoparticles, the valves 48 and 56 are opened so as to allow the passage of a stream taken through the LIBS analysis cell 50.
  • Plasma induced by laser firing on a flux derived from a manufacture of silicon carbide particles (SiC x ) has a lifetime of about one hundred microseconds.
  • the optical detection equipment (telescope 66, camera 70, spectrometer 68) makes it possible to perform a time-resolved plasma analysis. By varying the integration period ⁇ t (interval between TD and TF) this equipment can provide optical emission spectra corresponding to different instants of the evolution of the plasma, in order to optimize the values of TD and T F.
  • the electron density and the electronic temperature or plasma temperature are calculated
  • a suitable time window is chosen for the recording of the spectra.
  • W ref is the half-width for the half-maximum of the Stark parameter for a given electron density N e ref .
  • the widening of a line may be due to several effects. In the example presented, it is the Stark effect that dominates.
  • the width of the line is thus the superposition, or convolution, of the width inherent to the instrumentation (or width of apparatus) with the width due to the Stark effect.
  • the enlargement caused by the instrumentation is measured using a mercury-argon spectral calibration lamp, which allows the application of a preliminary correction to the emission spectra.
  • the value of the electron density is determined for a series of time-phased emission spectra so as to determine the variation of the electron density N 6 in the plasma as a function of time. The validity of the results obtained is confirmed by comparing the measurements made with a theoretical spectrum.
  • FIG. 5 thus presents an emission spectrum obtained with a delay T 0 of 4.2 ⁇ s and an integration time ⁇ t (interval between T 0 and TF) of 2 ⁇ s (curve 78), illustrated with respect to a calculated spectrum (curve 79).
  • the emission spectrum is essentially limited to the two lines of Argon at 750.386 nm and 751.465 nm respectively.
  • FIG. 6 shows the variation curves of the electronic density N e as a function of time, in the cases where the particles studied are respectively SiC and SiCg.
  • the electronic densities are similar for these two elements, at least for a wide time range between 2 ⁇ s and 10 ⁇ s.
  • the measurement accuracy of the electron density N e is however rather low, because of the strong Stark broadening effect during this phase.
  • the electronic temperature is determined.
  • I 0 is the intensity of the spectral line for the transition between energy levels i and j; ⁇ , ] is the wavelength of the radiation emitted during this transition; g, is is the statistical weight of the energy level i, A 0 is the transition probability between the levels i and j, E 1 is the energy of the higher level ik is the Boltzmann constant, T e is the electronic temperature ,
  • FIG. 7 shows the evolution of a logarithmic function, including the electronic temperature T e of the plasma as a function of the E energies of the higher levels of the transitions, expressed in electron volts.
  • the y-axis is a logarithm without dimension.
  • the evolution of the electronic temperature T e is determined as a function of time.
  • FIG. 8 shows the evolution curve of the electronic temperature Te (in ordinate, in degrees K) as a function of time T 0 (in abscissa, in ⁇ s) after which emission spectra are acquired, during the fabrication of SiC particles.
  • the temperature and the electron density having been determined as a function of time the time window is determined for which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium.
  • the criterion of Mac Whirter is used (other similar criteria can be used):
  • the elements in the ionized state are considered to have disappeared when their characteristic lines no longer appear on the emission spectra. In fact, these elements have not entirely disappeared, but become rare is because of ion recombination process, so that their number is more than l / 10 th or l / 100 th of the items in the neutral state.
  • a fifth step it is verified that the plasma is optically thin.
  • a first verification made it possible to verify on the emission spectra that they do not have autorenversed lines, indicating a strong self-absorption.
  • This time window is the interval extending between the two parameters T 0 , the time delay between the laser firing and the start of acquisition of the emission spectrum; and T F , equal to TD + ⁇ t, where ⁇ t is the integration time of the intensified CCD camera 70 associated with the spectrometer 68.
  • This time window is chosen according to three criteria: First, it must be included in the period during which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium. The maximum duration is therefore 10 ⁇ s, the duration beyond which the electronic density could no longer be measured and therefore be compared to the results provided by the criterion of Mac Whirter. Then, the density of ionized species must be negligible compared to the density of neutral species. The minimum delay is 2 ⁇ s.
  • the time window must correspond to a period during which the plasma is optically thin. This condition has also been checked for the 2-10 ⁇ s window.
  • Two emission lines are used for measuring stoichiometry: the carbon line at 247 nm, and the silicon line at 288.157 nm.
  • the signal-to-noise ratio of the silicon line at 288.157 nm is better, and the repeatability of this line is better than that of the other silicon lines.
  • the ratio of the intensities of the lines corresponding to two transitions of the two elements Si and C is directly proportional to the ratio of the total densities of these two elements in a given ionization state, the neutral state in the occurrence, the other ionization states being negligible, as has been verified. Also, the stoichiometry can be calculated. Recorded emission spectra are used for an initial delay T 0 of 4.2 ⁇ s and a camera integration time ⁇ t of 2 ⁇ s.
  • the measured stochiometry (right column) corresponds, with a measurement error, to the theoretical ratio between carbon and silicon (1, 2, 4, 8).
  • the dependence of the results obtained with respect to the various parameters of the equation (S) was finally evaluated.
  • the electronic temperature T e is the parameter that can cause the highest relative errors on the stoichiometry calculation.
  • FIG. 10 The impact of the variations of the electronic temperature T e is given in FIG. 10.
  • This figure shows the variations of the ratio Nc / Nsi for different values of T ⁇ , namely 14800K, 14800 -1480K and 14800 + 1480K, and for four types of manufactured particles, SiC, SiC 2 , SiC 4 , SiCs.
  • a 25% error in determining stoichiometry occurs for an error of 1500 K in the determination of the electronic temperature.

Abstract

Method of analysing composite particles in order to determine their stoichiometry, comprising the following steps: b1) by means of a laser shot (10), a plasma (12) is formed from an aerosol containing the particles to be analysed; b2) an emission spectrum (18) coming from the plasma (12) is acquired using an optical spectrometer (68) equipped with a detector (66, 70); and c) the stoichiometry of the particles is determined from the emission spectra (18) by calculating the proportion S or Sa/b between two elements a, b via the equation in which the factor Na,I tot/Nb,Itot is determined by the equation. Analysis system for implementing this method. Advantageously, the stoichiometry is determined in virtually real time, enabling it to be used for controlling processes. Process for manufacturing particles by laser pyrolysis in which the stoichiometry is controlled using the above method of analysis.

Description

Méthode et système d'analyse de la stoechiométrie de particules ; procédé de fabrication de particules avec contrôle de stoechiométrie Method and system for analyzing particle stoichiometry; particle manufacturing process with stoichiometry control
La présente invention concerne une méthode d'analyse de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm, permettant de déterminer la stoechiométrie de celles-ci.The present invention relates to a method for analyzing composite particles having a diameter of less than 1 μm, making it possible to determine the stoichiometry thereof.
Une particule composite est une particule constituée d'au moins deux éléments (c'est-à-dire, d'au moins deux espèces chimiques élémentaires), et la stoechiométrie des particules désigne les proportions relatives des éléments constituant les particules.A composite particle is a particle of at least two elements (i.e., at least two elemental chemical species), and the particle stoichiometry refers to the relative proportions of the elements constituting the particles.
Habituellement, pour déterminer la stoechiométrie de telles particules, on procède à une analyse des particules en laboratoire, à l'aide de moyens d'analyse chimique tels que la spectroscopie d'émission optique de plasma couplé par induction (ICP - AES, de l'Anglais « Inductively Coupled Plasma - Âtomic Emission Spectroscopy »).Usually, to determine the stoichiometry of such particles, a particle analysis is performed in the laboratory, using chemical analysis means such as inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-AES). 'English' Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy ').
En pratique, la mesure est réalisée de la manière suivante : Lors d'une fabrication d'un lot de particules, en fin de fabrication on prélève un échantillon représentatif de ces particules ; on le porte alors dans un laboratoire d'analyse, dans lequel il est analysé. Cette méthode présente l'inconvénient de ne pas être automatique, et de ne pas être réalisée en ligne, c'est-à-dire directement sur le processus de production ou au voisinage de celui-ci.In practice, the measurement is carried out as follows: During manufacture of a batch of particles, at the end of manufacture, a representative sample of these particles is taken; it is then taken to an analytical laboratory, where it is analyzed. This method has the disadvantage of not being automatic, and not to be carried out online, that is to say directly on the production process or in the vicinity of it.
De plus, les résultats ne sont pas disponibles en temps réel :In addition, the results are not available in real time:
L'analyse est différée. Comme on l'a vu, ils ne sont obtenus qu'après la fabrication, et pire encore, un certain temps après la remise à l'opérateur du laboratoire d'un échantillon des particules étudiées. Pour cette raison, pendant que la fabrication est en cours, aucun résultat de mesure n'est disponible : On ne peut pas s'assurer que les particules sont conformes à la composition désirée, ni a fortiori procéder au réglage des paramètres du procédé. Il en résulte qu'en cas de mauvais réglage initial des paramètres du procédé, une perte de production importante est inévitable puisqu'un lot entier de particules non-conformes aura été fabriqué.The analysis is deferred. As we have seen, they are obtained only after manufacture, and even worse, a certain time after the delivery to the laboratory operator of a sample of the particles studied. For this reason, while manufacturing is in progress, no measurement results are available: It can not be ensured that the particles are in accordance with the desired composition, let alone adjust the parameters of the process. As a result, in the event of a bad initial setting of the process parameters, a significant production loss is inevitable since an entire batch of nonconforming particles will have been manufactured.
Un premier objectif de l'invention est de proposer une méthode d'analyse de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm, permettant de déterminer la stoechiométrie de celles-ci, méthode dans laquelle, au moins une fois, on exécute les étapes bl) et b2) suivantes : bl) on effectue un tir laser (10) sur un flux d'un aérosol contenant les particules à analyser, de manière à former un plasma (12), et b2) on acquiert au moins un spectre d'émission (18) provenant du plasma à l'aide d'un dispositif (66) de collection de lumière relié à un spectromètre optique (68) équipé d'un détecteur (70), l'acquisition ayant lieu entre un instant initial TD et un instant final TF, ces deux instants étant comptés à partir du moment du tir laser ; et ensuite, c) à partir du ou des spectre(s) d'émission (18) obtenu(s), on détermine la stoechiométrie des particules ; méthode qui soit automatique, qui puisse fournir des résultats fiables, reproductibles et sensiblement en temps réel, afin de pouvoir être utilisée sur ligne de production.A first objective of the invention is to propose a method for analyzing composite particles with a diameter of less than 1 μm, making it possible to determine the stoichiometry thereof, a method in which, at least once, steps b1 are executed. and b2): bl) laser firing (10) on a stream of an aerosol containing the particles to be analyzed, so as to form a plasma (12), and b2) acquiring at least one emission spectrum (18) from the plasma using a light collection device (66) connected to an optical spectrometer (68) equipped with a detector (70), the acquisition taking place between an initial instant TD and a final instant T F , these two moments being counted from the moment of the laser shot; and then, c) from the emission spectrum (s) (18) obtained, the stoichiometry of the particles is determined; a method that is automatic, that can provide reliable, reproducible and substantially real-time results, so that it can be used on the production line.
Cet objectif est atteint grâce au fait que dans cette méthode, l'étape c) comprend l'opération suivante :This objective is achieved thanks to the fact that in this method, step c) comprises the following operation:
- on calcule la proportion entre deux éléments a,b, par l'équation (Sl) :the proportion between two elements a, b, by the equation (Sl) is calculated:
ς _ to t _ tôt tôt _ς _ _ t to early early _
~ Nb ~ NbJ -4- Nb'lî ~
Figure imgf000004_0001
dans celle-ci, le facteur N^ tot/N13'1 tot est déterminé par l'équation (S2):
~ N b ~ N bJ -4- n b ~ l ~
Figure imgf000004_0001
in this, the factor N ^ t ot / N 13 ' 1 tot is determined by the equation (S2):
Figure imgf000004_0002
dans lesquelles ; a, b sont les deux éléments dont on détermine le ratio Sa/t>, ij est la transition considérée pour l'élément a, entre les niveaux i et j,
Figure imgf000004_0002
in which ; a, b are the two elements whose ratio S a / t > is determined , ij is the transition considered for the element a, between the levels i and j,
Naτot est le nombre total d'atomes de l'élément a, somme des atomes NaIτot à l'état neutre I c'est-à-dire au degré d'ionisation 0, et des atomes Na'πτot au premier état ionisé II c'est-à-dire au degré d'ionisation +1, Ia/Iij est l'intensité totale correspondant à une raie de l'élément a à l'état neutre, correspondant à la transition entre les états i et j, ha'\j est la longueur d'onde du rayonnement émis lors de cette transition, lά'1 est la fonction de partition de l'élément a à l'état neutre. g, et gk sont les poids statistique respectivement du niveau i de l'élément a et du niveau k de l'élément b,N a τot is the total number of atoms of the element a, the sum of the atoms N aI τo t in the neutral state I, ie the degree of ionization 0, and of the atoms N a ' π τo t at the first ionized state II, i.e. at the degree of ionization +1, I a / I ij is the total intensity corresponding to a line of the element a in the neutral state, corresponding to the transition between states i and j, h a '\ j is the wavelength of radiation emitted during this transition, ά' 1 is the partition function of the element in the neutral state. g, and g k are the statistical weights respectively of level i of element a and level k of element b,
A3'1,-, est la probabilité de transition entre les niveaux i et j pour l'élément a à l'état neutre, Ea, est l'énergie du niveau supérieur i pour l'élément a à l'état neutre, k est la constante de Boltzmann,At 3 ' 1 , -, is the transition probability between the levels i and j for the element a in the neutral state, E a , is the energy of the higher level i for the element a in the neutral state , k is Boltzmann's constant,
Te est la température électronique.T e is the electronic temperature.
Comme on peut le constater, cette méthode d'analyse est une méthode de type « LIBS » (de l'Anglais Laser Induced Breakdown Spectroscopy) ou spectroscopie d'émission de plasma induit par laser.As can be seen, this method of analysis is a method of the "LIBS" (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) type or laser-induced plasma emission spectroscopy.
Les particules sont mesurées en suspension dans un gaz, et forment avec celui-ci un aérosol. Naturellement, pour ne pas empêcher ou perturber la mesure, le ou les gaz constituant principalement l'aérosol ne comporte(nt) pas d'élément également contenu par les particules. Avantageusement, la mesure est réalisée sur un flux de cet aérosol, c'est-à-dire sur un aérosol en mouvement, par exemple dans une canalisation ou équivalent.The particles are measured in suspension in a gas, and form with it an aerosol. Of course, in order not to prevent or disturb the measurement, the gas or gases constituting mainly the aerosol does not contain any element also contained by the particles. Advantageously, the measurement is performed on a stream of this aerosol, that is to say on a moving aerosol, for example in a pipe or equivalent.
L'intérêt de mesurer les particules alors qu'elles sont, diluées dans un gaz, sous forme d'aérosol, est que c'est bien souvent la forme sous laquelle elles sont produites. De la sorte, la méthode d'analyse selon l'invention peut être directement réalisée dans le flux d'aérosol contenant les particules, sans aucun traitement préalable. L'aérosol est simplement prélevé sur le flux d'aérosol, par exemple au moyen d'une ligne de dérivation, disposée en dérivation sur une ligne de sortie d'un réacteur de production d'aérosol.The advantage of measuring the particles when they are diluted in a gas, in the form of an aerosol, is that it is very often the form in which they are produced. In this way, the analysis method according to the invention can be directly carried out in the aerosol stream containing the particles, without any prior treatment. The aerosol is simply taken from the aerosol stream, for example by means of a bypass line disposed in a branch line on an exit line of an aerosol generating reactor.
Avantageusement, la mesure sur un flux (ici, un flux d'aérosol) permet une mesure en continu, et notamment une mesure automatique. Les particules peuvent être en phase liquide et/ou solide. Comme on peut le constater, les différentes étapes de la méthode d'analyse peuvent être exécutées automatiquement, grâce à quoi les résultats peuvent être obtenus très rapidement (l'acquisition d'un spectre d'émission, ainsi que le traitement des données, peuvent être réalisés de manière quasi-immédiate, en utilisant un spectromètre équipé d'un détecteur et un ordinateur de type PC). Malgré la densité faible des particules contenues dans l'aérosol (en nombre de particules par cm3), notamment par rapport à un corps solide, il est apparu que Ie spectre d'émission provenant des particules présentes dans l'aérosol est de qualité suffisante pour permettre son acquisition par un spectromètre et pour permettre la détermination de manière efficace de la stoechiométrie des particules présentes. Le plus souvent, le temps initial T0 correspond au début de l'intégration du spectre d'émission par le détecteur associé au spectromètre optique ; et l'intégration se poursuit continûment jusqu'à l'instant final TF. Ainsi l'intervalle de TD à est TF le temps de pose, ou temps d'intégration, du détecteur, servant à l'obtention d'un spectre d'émission.Advantageously, the measurement on a flow (here, an aerosol flow) allows a continuous measurement, and in particular an automatic measurement. The particles may be in the liquid phase and / or solid. As can be seen, the different steps of the analysis method can be performed automatically, whereby the results can be obtained very quickly (the acquisition of a spectrum of emission, as well as the data processing, can be made almost immediately, using a spectrometer equipped with a detector and a computer type PC). Despite the low density of the particles contained in the aerosol (in number of particles per cm 3 ), especially with respect to a solid body, it appears that the emission spectrum from the particles present in the aerosol is of sufficient quality to allow its acquisition by a spectrometer and to enable the determination of the stoichiometry of the particles present effectively. Most often, the initial time T 0 corresponds to the beginning of the integration of the emission spectrum by the detector associated with the optical spectrometer; and the integration continues continuously until the final moment TF. Thus the interval of TD at T F is the exposure time, or integration time, of the detector, used to obtain a transmission spectrum.
Cela étant, tous les spectres d'émission ne sont pas nécessairement acquis pendant la totalité de cet intervalle ; certains spectres peuvent être limités à une portion définie de cet intervalle afin d'améliorer le rapport signal/bruit pour certaines raies spectrales.That being so, not all emission spectra are necessarily acquired during the whole of this interval; some spectra may be limited to a defined portion of this range to improve the signal-to-noise ratio for some spectral lines.
L'utilisation des équations (Sl) et (S2) suppose qu'une seule température régit l'évolution de la population d'atomes.The use of the equations (Sl) and (S2) supposes that a single temperature governs the evolution of the population of atoms.
A partir du ou des spectres d'émission enregistrés, les formules (Sl) et (S2) permettent de calculer la stœchiométrie des particules. De manière générale, l'équation (Sl) peut être utilisée sous sa forme générale, qui prend en compte les nombres d'atomes des éléments considérés sous l'ensemble de leurs degrés d'ionisation. Dans la formule indiquée en revanche, seuls les degrés d'ionisation 0 et 1 ont été pris en compte, c'est-à-dire les atomes à l'état neutre I, ou au premier état ionisé IL Ce choix est fait car en général, les quantités d'atomes présents à des degrés d'ionisation supérieurs (2 et plus) sont en quantité négligeable devant ceux présents aux degrés d'ionisation 0 et 1, du moins dans des conditions de mesures proches de celles exposées dans le présent document. Pour calculer la valeur du terme (1 + N3'1 tot/N'a'π tot)/ (1+NW tot/NAI1 tot) de l'équation (S2), différentes façons de faire sont possibles :From the recorded emission spectra or spectra, the formulas (Sl) and (S2) make it possible to calculate the stoichiometry of the particles. In general, the equation (Sl) can be used in its general form, which takes into account the numbers of atoms of the elements considered under all of their degrees of ionization. In the formula indicated, on the other hand, only the degrees of ionization 0 and 1 have been taken into account, that is to say the atoms in the neutral state I, or in the first ionized state IL This choice is made because in In general, the quantities of atoms present at higher degrees of ionization (2 and more) are negligible in comparison with those present at degrees of ionization 0 and 1, at least under measurement conditions close to those described herein. document. To calculate the value of the term (1 + N 3 ' 1 t o t / N' a ' π tot ) / (1 + N W tot / N AI1 tot ) of the equation (S2), different ways of doing things are possible :
Selon un mode de mise en œuvre, à l'étape c) de la méthode d'analyse, le facteur N3'11 tot/N3'1 tôt de l'équation (Sl) est déterminé par l'équation (S3):
Figure imgf000007_0001
dans laquelle me est la masse de l'électron, h est la constante de Planck, et
In one implementation mode, in step c) of the method of analysis, the factor N 3 '11 t o t / N 3' 1 earlier in Equation (Sl) is determined by the equation ( S3):
Figure imgf000007_0001
where m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
Eion est l'énergie d'ionisation d'un atome de l'élément a passant de l'état neutre I (atome dans son état fondamental) à l'état une fois ionisé ILEion is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I (atom in its ground state) to the state once ionized IL
L'avantage de cette façon de faire est que pour chaque élément, plusieurs raies, et non une seule, peuvent être utilisées simultanément pour déterminer la proportion de cet élément par rapport aux autres dans les particules (à condition que l'élément génère plusieurs raies exploitables dans le(s) spectre(s) d'émission). Cela peut permettre une augmentation de la précision de la mesure.The advantage of this approach is that for each element, several lines, not just one, can be used simultaneously to determine the proportion of this element relative to the others in the particles (provided that the element generates several lines exploitable in the spectrum (s) of emission). This can increase the accuracy of the measurement.
On comprend par ailleurs que d'une manière générale, au cas où l'on prend en compte également les éléments présents dans le plasma à un ou des degrés d'ionisation supérieurs à 1 (par exemple, 2, 3, etc.), l'équation (S3) peut être généralisée, et l'on utilise alors l'équation (S3) sous une forme plus générale, dans laquelle les indices 1,11 sont remplacés respectivement par p-l,p, qui donne le ratio en nombre d'éléments présents dans deux degrés d'ionisation consécutifs p-1 et p.It will further be understood that in a general manner, in the case where the elements present in the plasma are also taken into account at one or more degrees of ionization greater than 1 (for example, 2, 3, etc.), the equation (S3) can be generalized, and we then use equation (S3) in a more general form, in which the indices 1,11 are replaced by pl, p, respectively, which gives the ratio in number of elements present in two consecutive degrees of ionization p-1 and p.
Selon un autre mode de mise en œuvre, le facteur Na'π tot/Na/I tôt de l'équation (Sl) peut être appréhendé de la manière suivante : on choisit un instant T0 tel qu'à partir de l'instant T0, les formes ionisées des éléments constituant les particules sont sensiblement en nombre au moins dix fois inférieur au nombre des mêmes éléments à l'état neutre. Grâce à cela, à l'étape c), les facteurs
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« de l'équation (Sl) sont considérés comme négligeables. Ainsi, la proportion Sa/b entre deux éléments a,b, d'après (Sl), vérifie :
According to another implementation mode, the factor N has' t ot π / N / I soon equation (Sl) can be understood as follows: we choose a time T 0 such that from At the instant T 0 , the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times smaller than the number of the same elements in the neutral state. Thanks to this, in step c), the factors
Figure imgf000007_0002
"Of the equation (Sl) are considered negligible. Thus, the proportion S a / b between two elements a, b, according to (Sl), satisfies:
Sa/b = Na tot/NV = Na a',1I tot/N ,b,I tôtSa / b = N has t o t / NV = N a a ', 1 I tot / N, b, I early
Dans le cas particulier de particules comprenant seulement deux éléments, la stoechiométrîe est définie par le ratio des quantités de ces deux composants. Aussi, la stoechiométrîe est donnée par une seule équation donnant directement le ratio des nombres totaux d'atomes des deux espèces, puisque les nombres totaux d'atomes d'un élément sont alors sensiblement égaux aux nombres d'atomes à l'état neutre.In the particular case of particles comprising only two elements, the stoichiometric is defined by the ratio of the amounts of these two components. Also, the stoichiometry is given by a single equation directly giving the ratio of the total numbers of atoms of the two species, since the total numbers of atoms of an element are then substantially equal to the number of atoms in the neutral state.
Prenant en compte l'hypothèse ci-dessus dans les équations, il vient que la stoechiométrie est donnée par (Sl-2) ;Taking into account the above hypothesis in the equations, it follows that the stoichiometry is given by (Sl-2);
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
La méthode d'analyse suivant l'invention peut être affinée en ayant recours à un ou plusieurs des perfectionnements suivants :The method of analysis according to the invention can be refined by resorting to one or more of the following improvements:
Selon un mode de réalisation, l'étape c) comprend l'étape suivante : - on détermine la stoechiométrie en choisissant comme valeur pour une proportion relative entre deux éléments, la valeur pour laquelle est minimal un écart entre le spectre observé, et le spectre simulé par un simulateur de plasma.According to one embodiment, step c) comprises the following step: the stoichiometry is determined by choosing as value for a relative proportion between two elements, the value for which is minimal a difference between the observed spectrum, and the spectrum; simulated by a plasma simulator.
Selon un mode de réalisation, la séquence des étapes de tir laser, ou étape bl) et d'acquisition d'au moins un spectre, ou étape b2) est répétée au moins cent fois, et l'étape c) est réalisée en exploitant les informations accumulées sur l'ensemble des spectres d'émission ainsi acquis. L'accumulation des résultats de mesure permet de réduire la dispersion des résultats obtenus. L'exploitation des informations accumulées sur l'ensemble des spectres d'émission acquis peut être réalisée en déterminant un spectre d'émission représentatif de la série de spectres d'acquisition acquis, par exemple en moyennant ceux-ci, en les additionnant, ou en utilisant toute autre méthode analogue permettant de prendre en compte l'information contenue dans les différents spectres d'émission, pour la synthétiser en un seul spectre.According to one embodiment, the sequence of laser firing steps, or step b1) and acquisition of at least one spectrum, or step b2) is repeated at least a hundred times, and step c) is performed by operating accumulated information on all emission spectra thus acquired. The accumulation of the measurement results makes it possible to reduce the dispersion of the results obtained. The exploitation of the information accumulated over all the acquired emission spectra can be achieved by determining an emission spectrum representative of the series of acquired acquisition spectra, for example by averaging them, adding them together, or using any other analogous method to take into account the information contained in the different emission spectra, to synthesize it into a single spectrum.
Selon un mode de réalisation, le plasma est optiquement mince entre les instants TD et TF. Ainsi, l'acquisition du ou des spectre(s) d'émission se fait nécessairement pendant que le plasma est optiquement mince, et le(s) spectre(s) n'est ou ne sont pas dégradé(s) du fait de la réabsorption par le plasma de certaines raies spectrales. Selon un mode de réalisation, le plasma est à l'équilibre thermodynamique local entre les instants T0 et TF. Ainsi, avantageusement l'acquisition du ou des spectre(s) d'émission se fait pendant que le plasma est à l'équilibre thermodynamique local, ce qui constitue une condition nécessaire pour la validité de l'équation (S2). Une condition d'équilibre thermodynamique seulement partiel peut cependant être suffisante dans certains cas.According to one embodiment, the plasma is optically thin between the TD and TF instants. Thus, the acquisition of the emission spectrum (s) necessarily occurs while the plasma is optically thin, and the spectrum (s) is or are not degraded due to the plasma reabsorption of certain spectral lines. According to one embodiment, the plasma is at the local thermodynamic equilibrium between the instants T 0 and TF. Thus, advantageously the acquisition of the emission spectrum (s) is done while the plasma is at the local thermodynamic equilibrium, which is a necessary condition for the validity of the equation (S2). A partial thermodynamic equilibrium condition may, however, be sufficient in some cases.
Selon un mode de réalisation, à l'étape c), chacun des spectres utilisés pour déterminer les proportions relatives des différents éléments constituant les particules, est acquis continûment à partir de l'instant T0 et jusqu'à l'instant TF. En d'autres termes, les proportions relatives de l'ensemble des composants sont obtenues à partir de spectres d'émission qui sont tous acquis depuis l'instant Td et jusqu'à l'instant Tf. Grâce à cela, la mise en œuvre de la méthode reste simple. Selon un mode de réalisation, l'aérosol comporte au moins deux types de particules composites.According to one embodiment, in step c), each of the spectra used to determine the relative proportions of the different elements constituting the particles is acquired continuously from time T 0 and up to time T F. In other words, the relative proportions of all the components are obtained from emission spectra which are all acquired from time Td to time Tf. Thanks to this, the implementation of the method remains simple. According to one embodiment, the aerosol comprises at least two types of composite particles.
Selon un mode de réalisation, l'aérosol est sans hélium. La méthode d'analyse ne nécessite pas, ou du moins pas nécessairement, l'injection d'hélium pour ralentir la recombinaison des atomes dans le plasma. Aussi, la méthode d'analyse reste simple et peut être appliquée directement à de nombreux aérosols de production de particules, notamment de nanoparticules tels que des carbures de silicium, produits dans un flux d'argon par pyrolise laser.According to one embodiment, the aerosol is helium-free. The method of analysis does not require, or at least not necessarily, the injection of helium to slow the recombination of atoms in the plasma. Also, the analysis method remains simple and can be applied directly to many particle production aerosols, in particular nanoparticles such as silicon carbides, produced in an argon stream by laser pyrolysis.
Selon un mode de réalisation, le plasma généré au cours d'une étape bl) contient au moins 300 particules, et de préférence au moinsAccording to one embodiment, the plasma generated during a step b1) contains at least 300 particles, and preferably at least 300 particles.
1000 particules, dont le rayonnement après vaporisation est acquis à l'étape b2) afin de permettre la détermination de la stcechiométrie des particules à l'étape c). Ce résultat peut être atteint en donnant des valeurs appropriées pour la concentration de particules dans le flux, l'intensité du laser et la focalisation de celui-ci vers le point de formation du plasma. Avec un nombre de particules aussi important, on évite des effets de seuils qui pourraient avoir lieu avec un nombre plus faible de particules, et pourraient entraîner une erreur sur la valeur de stoechiométrie déterminée. Selon un mode de réalisation, à l'étape bl), l'aérosol dans lequel le plasma est généré contient au moins IQ7 particules par centimètre cube, la taille des particules se trouvant entre 10 nm et 100 nm. En effet, une densité de particules dans l'aérosol relativement élevée favorise une précision de mesure élevée.1000 particles, whose radiation after vaporization is acquired in step b2) to allow the determination of the particle stoichiometry in step c). This result can be achieved by giving appropriate values for the concentration of particles in the flux, the intensity of the laser and the focusing thereof towards the plasma formation point. With such a large number of particles, it avoids threshold effects that could occur with a smaller number of particles, and could lead to an error in the determined stoichiometric value. According to one embodiment, in step b1), the aerosol in which the plasma is generated contains at least 10 particles per cubic centimeter, the particle size being between 10 nm and 100 nm. Indeed, a relatively high particle density in the aerosol promotes high measurement accuracy.
Selon un mode de réalisation, avant l'étape bl), a lieu une étape a), au cours de laquelle on ajuste, à la hausse ou à la baisse, la concentration des particules dans l'aérosol. On évite ainsi deux écueils possibles : - Si la densité de particules est trop faible, le ratio signal sur bruit des spectres d'émission chute, car le nombre de particules présentes dans le plasma diminue réduisant ainsi l'intensité du signal, et induisant des variations sur les résultats non liées à la stoechiométrie des composants dans les particules ; - Si la densité de particules est trop grande, le plasma n'est plus optiquement mince, il y a réabsorption des photons émis, et les résultats obtenus par la méthode perdent en précision.According to one embodiment, before step b1), a step a) takes place, during which the concentration of the particles in the aerosol is adjusted upwards or downwards. This avoids two possible pitfalls: - If the particle density is too low, the signal-to-noise ratio of the emission spectra drops, because the number of particles present in the plasma decreases thus reducing the intensity of the signal, and inducing variations in the results unrelated to the stoichiometry of the components in the particles; - If the density of particles is too large, the plasma is no longer optically thin, there is reabsorption of the photons emitted, and the results obtained by the method lose precision.
Selon un mode de réalisation, la méthode d'analyse est utilisée pour déterminer la stoechiométrie de particules de diamètre maximal inférieur à 100 nm.According to one embodiment, the analysis method is used to determine the stoichiometry of particles with a maximum diameter of less than 100 nm.
La méthode a ainsi été utilisée, et a prouvé son efficacité, pour la mesure de la stoechiométrie de particules de carbure de silicium, dont les diamètres sont compris entre 30 nm et 100 nm. Un exemple de telles mesures est présenté dans ce qui suit. Ces particules peuvent être notamment des particules de carbures de silicium, de titane, de bore ; d'oxydes de titane ; ou encore d'oxyde de fer Fβ2θ3.The method has thus been used, and proved effective, for the measurement of the stoichiometry of silicon carbide particles, whose diameters are between 30 nm and 100 nm. An example of such measures is presented in the following. These particles may in particular be particles of silicon carbides, titanium or boron; titanium oxides; or alternatively iron oxide Fβ 2 θ 3 .
Dans le cas de particules comportant de l'oxygène, on veillera à éliminer tout risque d'explosion dans le plasma, en diluant les particules dans un gaz inerte. Selon un mode de réalisation, à l'étape bl), dans l'aérosol les particules sont en suspension dans un gaz inerte monoatomique tel que l'argon, l'hélium, le néon. La méthode selon l'invention peut cependant plus généralement être mise en œuvre dans d'autres gaz. Dans ce dernier cas des précautions spécifiques pourront le cas échéant être nécessaires (par exemple, dans l'air), pour tenir compte de l'explosivité éventuelle, et de la formation d'espèces moléculaires dans le plasma.In the case of particles with oxygen, care should be taken to eliminate any risk of explosion in the plasma by diluting the particles in an inert gas. According to one embodiment, in step b1), in the aerosol, the particles are suspended in a monoatomic inert gas such as argon, helium or neon. The method according to the invention can however more generally be implemented in other gases. In the latter case, specific precautions may be necessary if necessary (for example, in air), to take into account the possible explosiveness, and the formation of molecular species in the plasma.
Un second objet de l'invention est de définir un procédé de fabrication de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm par pyrolise laser, procédé que l'on puisse régler ou optimiser en cours de fabrication, grâce à une information fiable et obtenue sensiblement en temps réel indiquant la stoechiométrie des particules produites.A second object of the invention is to define a process for manufacturing composite particles with a diameter of less than 1 μm per laser pyrolysis, a process that can be adjusted or optimized during manufacture, thanks to reliable information and obtained substantially in real-time indicating the stoichiometry of the particles produced.
Cet objectif est atteint grâce au fait que le procédé comprend le contrôle en ligne de la stoechiométrie des particules produites, au moyen de la méthode d'analyse définie précédemment.This objective is achieved by the fact that the method comprises the on-line control of the stoichiometry of the particles produced, by means of the analysis method defined above.
De préférence, le contrôle est effectué immédiatement en aval du point de pyrolise sur la chaîne de fabrication, avant toute transformation des particules. Par 'contrôle en ligne', on désigne ici un contrôle réalisé sur la ligne de production elle-même ou au voisinage de celle-ci. Avantageusement, la méthode d'analyse présentée précédemment est extrêmement rapide, ce qui permet de bénéficier des résultats presque immédiatement, et de les exploiter pour régler ou optimiser le processus de fabrication sans attendre la fin du lot en cours.Preferably, the control is carried out immediately downstream of the point of pyrolysis on the production line, before any transformation of the particles. By 'online control' is meant here a control carried out on the production line itself or in the vicinity thereof. Advantageously, the analysis method presented above is extremely fast, which allows to benefit from the results almost immediately, and to exploit them to adjust or optimize the manufacturing process without waiting for the end of the current batch.
Un troisième objet de l'invention est de définir un système d'analyse pour la détermination de la stoechiométrie de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm, le système comportant :A third object of the invention is to define an analysis system for determining the stoichiometry of composite particles having a diameter of less than 1 μm, the system comprising:
- une chambre interposée sur un canal, le canal étant apte à convoyer un aérosol contenant les particules à analyser ;a chamber interposed on a channel, the channel being able to convey an aerosol containing the particles to be analyzed;
- un laser, apte à effectuer un tir sur l'aérosol lors de son passage dans la chambre, pour former localement un plasma ;a laser capable of firing on the aerosol as it passes through the chamber to locally form a plasma;
- un dispositif de collection de la lumière émise par le plasma ;a device for collecting the light emitted by the plasma;
- un spectromètre optique, équipé d'un détecteur vers lequel la lumière collectée est dirigée ;an optical spectrometer equipped with a detector towards which the collected light is directed;
- des moyens de calcul aptes, à partir du ou des spectres d'émission obtenus, à déterminer la stcechiométrie des particules ; système qui puisse fournir des résultats de manière automatique, rapide, afin de pouvoir fournir des résultats rapides et reproductibles, notamment en vue d'une implantation sur ligne de production.calculating means able, from the emission spectrum or spectra obtained, to determine the particle stoichiometry; system that can provide results automatically, quickly, in order to provide fast and reproducible results, especially for implementation on production line.
Cet objectif est atteint grâce au fait que les moyens de calcul (76) sont prévus pour calculer la stoechiométrie de la manière suivante : - la proportion S ou Sa/b entre deux éléments a,b est calculée en exploitant l'équation (Sl) :This objective is achieved thanks to the fact that the calculation means (76) are designed to calculate the stoichiometry as follows: the proportion S or S a / b between two elements a, b is calculated using the equation (Sl):
Figure imgf000012_0001
dans laquelle le facteur N^ tot/N13'1 tôt est déterminé par l'équation (S2):
Figure imgf000012_0001
in which the factor N t t o t / N 13 ' 1 early is determined by equation (S2):
Figure imgf000012_0002
dans lesquelles : a, b sont les deux éléments dont on détermine le ratio Sa/t>/ ij est la transition considérée pour l'élément a, entre les niveaux i et j, Naχot est le nombre total d'atomes de l'élément a, somme des atomes NaIτot à l'état neutre I c'est-à-dire au degré d'ionisation 0, et des atomes Na'πτot au premier état ionisé II c'est-à-dire au degré d'ionisation +1, p1'^ est l'intensité totale correspondant à une raie neutre de l'élément a, correspondant à la transition entre les états i et j, λa/Iij est la longueur d'onde du rayonnement émis lors de cette transition, Z3'1 est la fonction de partition de l'élément a à l'état neutre, gf et gk sont les poids statistiques respectivement du niveau i de l'élément a et du niveau k de l'élément b,
Figure imgf000012_0002
where: a, b are the two elements whose ratio S a / t > / ij is the transition considered for the element a, between the levels i and j, N a χo t is the total number of atoms of the element a, sum of the atoms N aI τo t in the neutral state I, that is to say the degree of ionization 0, and of the atoms N a ' π τo t at the first ionized state II it is ie the degree of ionization +1, p 1 '^ is the total intensity corresponding to a neutral line of element a, corresponding to the transition between states i and j, λ a / I i j is the wavelength of the radiation emitted during this transition, Z 3 ' 1 is the partition function of the element a in the neutral state, g f and gk are the statistical weights respectively of the level i of the element a and the level k of the element b,
A84 Jj est la probabilité de transition entre les niveaux i et j pour l'élément a, à l'état neutreAt 84 Jj is the probability of transition between the levels i and j for the element a, in the neutral state
Ea' i est l'énergie du niveau supérieur i pour l'élément a à l'état neutre, k est la constante de Boltzmann, Te est la température électronique.E a 'i is the energy of the higher level i for the element a in the neutral state, k is the Boltzmann constant, T e is the electronic temperature.
Le détecteur de lumière associé au spectromètre est en général une caméra CCD intensifiée (ou ICCD).The light detector associated with the spectrometer is generally an intensified CCD camera (or ICCD).
Selon un mode de réalisation, dans le système d'analyse, les moyens de calcul déterminent le facteur Na'π tot/Na/I tôt de l'équation (Sl) en exploitant l'équation (S3):
Figure imgf000013_0001
dans laquelle me est la masse de l'électron, h est la constante de Planck, et
According to one embodiment, in the analysis system, the calculation means determine the factor N a ' π t o t / N a / I t ôt of the equation (Sl) by using the equation (S3):
Figure imgf000013_0001
where m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
E10n est l'énergie d'ionisation d'un atome de l'élément a passant de l'état neutre I à l'état une fois ionisé ILE 10n is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I to the state once ionized IL
Selon un mode de réalisation, les moyens de collection de la lumière sont prévus pour ne collecter la lumière qu'à partir de l'instant initial TD, à partir duquel les formes ionisées des éléments constituant les particules sont sensiblement en nombre au moins dix fois inférieur au nombre des mêmes éléments à l'état neutre, grâce à quoi à l'étape c), les facteurs N34WN3'1 tôt et N134WN"'1 tôt de l'équation (Sl) sont considérés comme négligeables, et ainsi pour la proportion Sa/b entre deux éléments a,b, d'après (Sl), vérifie :
Figure imgf000013_0002
Selon un mode de réalisation, dans le système d'analyse le canal est installé entre deux points d'une conduite de transport de l'aérosol, une différence de pression entre ces deux points induisant le mouvement de l'aérosol dans le canal. Ainsi, avantageusement la circulation d'aérosol dans le canal se fait spontanément sous l'effet de la différence de pression, et il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens de mise en mouvement de l'aérosol, comme par exemple une pompe spécifique.
According to one embodiment, the light collection means are provided for collecting light only from the initial instant TD, from which the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times less than the number of the same elements in the neutral state, whereby in step c), the factors N 34 WN 3 ' 1 early and N 134 WN "' 1 early in equation (Sl) are considered negligible , and thus for the proportion Sa / b between two elements a, b, according to (Sl), verify:
Figure imgf000013_0002
According to one embodiment, in the analysis system the channel is installed between two points of an aerosol transport pipe, a pressure difference between these two points inducing the movement of the aerosol in the channel. Thus, advantageously the aerosol circulation in the channel is spontaneously under the effect of the pressure difference, and it is not necessary to provide means for moving the aerosol, such as for example a specific pump. .
Selon un mode de réalisation, le le système d'analyse comporte en outre un canal d'adduction de gaz, permettant d'ajouter du gaz dans l'aérosol en amont de la chambre pour réduire la concentration de particules dans l'aérosol.According to one embodiment, the analysis system further comprises a gas supply channel, for adding gas into the aerosol upstream of the chamber to reduce the concentration of particles in the aerosol.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique présentant la méthode d'analyse par spectroscopie d'émission de plasma induit par laser (LIBS) ;The invention will be better understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of embodiments shown by way of non-limiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view showing the method of analysis by Laser Induced Plasma Emission Spectroscopy (LIBS);
- la figure 2 est un diagramme montrant un spectre d'émission obtenu sur un plasma de particules de carbure de silicium ; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques présentant un système d'analyse conforme à l'invention, permettant de déterminer la stoechiométrie de particules composites, installé sur une ligne de production de ces particules, respectivement en vue de dessus et en perspective ; - la figure 5 est un diagramme présentant un spectre d'émission provenant de mesures effectuées, en comparaison avec un spectre calculé simulant deux raies d'argon, pour le calcul de la densité électronique ;FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum obtained on a plasma of silicon carbide particles; - Figures 3 and 4 are schematic views showing an analysis system according to the invention, for determining the stoichiometry of composite particles, installed on a production line of these particles, respectively in top view and in perspective; FIG. 5 is a diagram showing an emission spectrum resulting from measurements made, as compared with a calculated spectrum simulating two argon lines, for calculating the electron density;
- la figure 6 est un diagramme présentant les courbes de variation de la densité électronique en fonction du temps, pour les particules SiC et SiCs ; - la figure 7 est un diagramme de Boltzmann, utilisé pour la détermination de la température électronique ;FIG. 6 is a diagram showing the variation curves of the electronic density as a function of time, for the SiC and SiCs particles ; FIG. 7 is a Boltzmann diagram used for the determination of the electronic temperature;
- la figure 8 est un diagramme présentant la courbe d'évolution de la température électronique Te en fonction du temps, lors de la fabrication de particules de carbure de siliciium SiC ; - la figure 9 est un diagramme d'évolution de l'intensité I d'une raie du silicium en fonction de la concentration C du silicium ; etFIG. 8 is a diagram showing the evolution curve of the electronic temperature T e as a function of time during the manufacture of silicon carbide SiC particles; FIG. 9 is an evolution diagram of the intensity I of a silicon line as a function of the concentration C of the silicon; and
- la figure 10 est un diagramme faisant apparaître l'impact des variations de la température électronique Tθ FIG. 10 is a diagram showing the impact of the variations of the electronic temperature T θ
MISE EN ŒUVRE DU PROCEDE SUR PARTICULES SICx IMPLEMENTATION OF THE SIC PARTICLE PROCESS x
Préambule : la méthode LIBSPreamble: the LIBS method
Tout d'abord, les étapes de la méthode de mesure LIBS sont rappelées en relation avec la figure 1. La méthode de mesure LIBS est une méthode d'analyse élémentaire, en deux étapes ; - A un instant T0, on envoie une brève impulsion laser 10, ou tir laser, dont la durée varie de quelques femtosecondes à quelques nanosecondes, à la surface de solides, de liquides ou bien encore dans un aérosol, dont on cherche à déterminer la composition. Une petite quantité de matière est alors chauffée à l'état de gaz ionisé formant ainsi un plasma 12, Au cœur de ce plasma généré par l'impulsion laser intense envoyée, la matière est vaporisée, les molécules sont dissociées. - A partir d'un instant T0, postérieur à To, on acquiert le rayonnement émis par Ie plasma à l'aide d'un dispositif de collection de Ia lumière émise 14, relié à un spectromètre optique 16 équipé d'un détecteur, comme par exemple une caméra ICCD ; on détermine alors à l'aide de moyens de calcul (ordinateur 20) la composition de l'échantillon étudié, en exploitant le ou les spectre(s) 18 émis par les atomes du plasma 12.First, the steps of the LIBS measurement method are recalled in relation to Figure 1. The LIBS measurement method is a basic analysis method, in two stages; At a time T 0 , a short laser pulse 10 is sent, or laser shot, whose duration varies from a few femtoseconds to a few nanoseconds, to the surface of solids, liquids or even in an aerosol, which is to be determined the composition. A small amount of material is then heated in the state of ionized gas thus forming a plasma 12, At the heart of this plasma generated by the intense laser pulse sent, the material is vaporized, the molecules are dissociated. From a time T 0 , subsequent to T 0 , the radiation emitted by the plasma is acquired by means of an emitted light collection device 14, connected to an optical spectrometer 16 equipped with a detector, such as an ICCD camera; the composition of the sample studied is then determined using calculation means (computer 20), using the spectrum (s) 18 emitted by the plasma atoms 12.
La figure 2 représente un spectre d'émission optique obtenu lors de Ia vaporisation de nanopartîcules de carbure de silicium (SiCx) dans un plasma créé par laser, spectre obtenu au moyen d'un système d'analyse tel que présenté précédemment. Ce spectre constitue le signal analytique ou signal LIBS, et comporte différentes raies dont les longueurs d'onde λ sont caractéristiques des éléments présents dans le plasma, et permettent d'identifier ces derniers. Dans le cas présenté, le spectre comporte une raie 22 caractéristique du carbone C et un ensemble de raies 24 caractéristiques du silicium Si. Mode opératoireFIG. 2 represents an optical emission spectrum obtained during the vaporization of silicon carbide nanoparticles (SiC x ) in a plasma created by laser, spectrum obtained by means of an analysis system as presented previously. This spectrum constitutes the analytical signal or LIBS signal, and comprises different lines whose wavelength λ are characteristic of the elements present in the plasma, and make it possible to identify the latter. In the case presented, the spectrum comprises a line 22 characteristic of carbon C and a set of lines 24 characteristic of silicon Si.
En faisant référence aux figures 3 et 4, un mode de réalisation de l'invention va maintenant être présenté.Referring to Figures 3 and 4, an embodiment of the invention will now be presented.
La méthode d'analyse présentée sert à déterminer la stoechiométrie de particules de carbure de silicium (SiCx) produites par une ligne de production 26 par pyrolise laser. Sur cette ligne de production 26 est installé un système d'analyse 28 conforme à l'invention, permettant de déterminer la stoechiométrie des particules produites.The analytical method presented serves to determine the stoichiometry of silicon carbide particles (SiC x ) produced by a production line 26 by laser pyrolysis. On this production line 26 is installed an analysis system 28 according to the invention, for determining the stoichiometry of the particles produced.
La ligne de production 26 comporte un réacteur 30 dans lequel sont synthétisées les nanopartîcules, présenté sur la figure 3 (et schématisé de manière très simplifiée sur la figure 4). Des moyens d'injection de gaz (non représentés) permettent de maintenir ce réacteur 30 sous atmosphère d'argon.The production line 26 comprises a reactor 30 in which the nanoparticles are synthesized, shown in FIG. 3 (and schematized in a very simplified manner in FIG. 4). Gas injection means (not shown) make it possible to maintain this reactor 30 under an argon atmosphere.
Les gaz réactifs, SiH4 et CzH2, nécessaires à l'élaboration des nanopartîcules de SiCx, sont conduits dans le réacteur via une canalisation 32# et injectés par une buse 34 se trouvant au centre du réacteur 30 dans sa partie inférieure. Un faisceau laser continu 36 de haute puissance, de quelques centimètres de large produit par un laser CO2 37 traverse Ie réacteur 30 perpendiculairement à l'axe de la buse 34. Le faisceau est focalisé par une lentille 38 dans la direction perpendiculaire à son axe de propagation, précisément au point d'injection P des gaz réactifs, juste en face de Ia buse 34. Ces gaz absorbent l'énergie du laser et se dissocient avant de se recombiner dans la flamme de pyrolyse pour former les nanoparticules de carbure de silicium SiCx. Ces nanoparticules sont alors évacuées du réacteur dans un conduit 40 par le flux d'argon injecté, utilisé comme gaz vecteur, le flux d'argon mélangé aux nanoparticules constituant le 'flux produit'.The reactive gases, SiH 4 and CzH 2 , necessary for the production of SiC x nanoparticles, are conducted into the reactor via a pipe 32 # and injected through a nozzle 34 located in the center of the reactor 30 in its lower part. A high-power continuous laser beam 36, a few centimeters wide produced by a CO 2 laser 37 passes through the reactor 30 perpendicularly to the axis of the nozzle 34. The beam is focused by a lens 38 in the direction perpendicular to its axis. of propagation, precisely at the point of injection P of the reactive gases, just in These gases absorb energy from the laser and dissociate before recombining in the pyrolysis flame to form SiC x silicon carbide nanoparticles. These nanoparticles are then removed from the reactor in a conduit 40 by the injected argon flow, used as a carrier gas, the argon flow mixed with the nanoparticles constituting the 'product stream'.
Le flux produit transite dans le conduit 40 jusqu'à un collecteur 42, dans lequel sont stockées les nanoparticules produites. Le reste du flux produit, c'est-à-dire les gaz contenus dans celui-ci, est aspiré grâce à une pompe 44 placée en aval du collecteur (figure 4) et reliée à ce dernier par un conduit d'aspiration 43.The product stream passes through the conduit 40 to a collector 42, in which the nanoparticles produced are stored. The remainder of the flow produced, that is to say the gases contained therein, is sucked by a pump 44 placed downstream of the collector (FIG. 4) and connected to the latter by a suction duct 43.
Le système d'analyse 28 perme^ant ^e ^ermjner |a stoechiométrie des nanoparticules de SiCx produites va maintenant être présenté. Un canal de prélèvement 46 placé en dérivation sur le conduit 40 immédiatement en aval du réacteur 30 dans lequel a lieu la pyrolise, prélève un 'flux prélevé' qui est une fraction du flux produit. Ce canal de prélèvement 46 se compose d'une tige métallique creuse d'un diamètre intérieur de quelques millimètres. Son extrémité amont (extrémité de prélèvement) est taillée en biseau avec un angle d'environ 55 à 60 degrés par rapport à la section droite du conduit 40.The erme analysis system 28 per year ^ t ^ e ^ j erm dinner | has stoichiometry of SiC x nanoparticles produced will now be presented. A sampling channel 46 placed in branch on the conduit 40 immediately downstream of the reactor 30 in which the pyrolise takes place, takes a "withdrawn flow" which is a fraction of the product stream. This sampling channel 46 consists of a hollow metal rod with an inside diameter of a few millimeters. Its upstream end (sampling end) is bevelled at an angle of about 55 to 60 degrees with respect to the straight section of the duct 40.
Le flux prélevé est acheminé via le canal de prélèvement 46 jusqu'à une cellule d'analyse LIBS 50, dans laquelle il va être soumis à analyse. Le canal de prélèvement 46 est agencé avec des rayons de courbure tels que les collisions de nanoparticules contre des parois du canal soit minimisées.The stream taken is conveyed via the sampling channel 46 to a LIBS analysis cell 50, in which it will be subjected to analysis. The sampling channel 46 is arranged with radii of curvature such that the collisions of nanoparticles against the walls of the channel is minimized.
Une première vanne 48 est installée sur le canal 46 en amont de la cellule LIBS 50 afin de pouvoir stopper l'admission du flux prélevé dans la cellule. La sortie de la cellule d'analyse LIBS 50 est connectée à une fiole à vide 52 via une partie aval du canal de prélèvement 46. Dans la fiole à vide 52, une fraction des nanoparticules du flux prélevé est recueillie pour des analyses chimiques différées. Le reste du flux prélevé est évacué à l'aide d'un tuyau flexible 54 reliant la sortie de la fiole à vide au conduit d'évacuation 43 en aval du collecteur 42 de nanoparticules. La différence de pression existante entre le point de connexion B du canal de prélèvement 46 sur le conduit de production 40, et le point de connexion C du tuyau flexible 54 raccordé au conduit d'aspiration 43 en aval du collecteur 42, suffit à permettre l'écoulement du flux prélevé à travers la cellule 50 afin de déterminer la stoechïométrie des particules.A first valve 48 is installed on the channel 46 upstream of the LIBS cell 50 in order to be able to stop the admission of the flow taken from the cell. The output of the LIBS analysis cell 50 is connected to a vacuum vial 52 via a downstream portion of the sampling channel 46. In the vacuum vial 52, a fraction of the nanoparticles of the sampled flow is collected for delayed chemical analyzes. The remainder of the sampled flow is evacuated using a flexible hose 54 connecting the outlet of the vacuum flask to the exhaust duct 43 downstream of the collector 42 of nanoparticles. The pressure difference existing between the connection point B of the sampling channel 46 on the production line 40, and the connection point C of the flexible hose 54 connected to the suction duct 43 downstream of the collector 42, is sufficient to allow the flow of the stream taken through the cell 50 to determine the stoichiometry of the particles.
Un filtre 55 et une seconde vanne 56 sont disposés sur le tuyau flexible 54 afin respectivement d'éliminer les nanoparticules restant éventuellement en suspension dans le flux prélevé, et de pouvoir stopper la circulation du flux prélevé. Ainsi, la fermeture des deux vannes 48 et 56 permet d'isoler la cellule d'analyse LIBS 50 lors des opérations de maintenance ou de changement de configuration de la ligne de production par pyrolyse laser. La cellule 50 d'analyse LIBS est pourvue de trois ouvertures pour les visées optiques. La première ouverture 58 est équipée d'une lentille piano convexe en silice fondue d'une distance focale de 50 mm à l'aide de laquelle des impulsions laser d'une durée 5 ns, de longueur d'onde 1064 nm, d'énergie 50 mJ délivrées par un laser 60 Nd :YAG opérant avec une fréquence de tir de 20 Hz sont focalisées dans la chambre interne de la cellule 50. Un plasma est ainsi créé dans le flux prélevé, constitué par un mélange d'argon et de nanoparticules. Un hublot 62 en quartz, dont la face d'entrée est disposée perpendiculairement aux faces des deux autres hublots (58, 64), permet le passage de la lumière émise par le plasma en dehors de la cellule. Ce rayonnement (ou signal LIBS), contenant les informations sur la composition chimique et la stœchiométrie, est recueilli à l'aide d'un télescope 66, dont l'axe de visée est placé perpendiculairement au faisceau laser. Le télescope 66 est relié à un spectromètre 68 surmonté d'une caméra CCD intensifiée 70 à l'aide d'une fibre optique 72 de diamètre de cœur de 50 μm. Le troisième hublot 64 est installé face à la lentille de focalisation afin de permettre l'échappement du faisceau qui est alors arrêté à l'aide d'un dispositif 74 stoppeur de faisceau.A filter 55 and a second valve 56 are arranged on the flexible pipe 54 in order respectively to remove any remaining nanoparticles in suspension in the sampled flow, and to be able to stop the circulation of the sampled flow. Thus, closing the two valves 48 and 56 makes it possible to isolate the LIBS analysis cell 50 during maintenance operations or configuration changes in the production line by laser pyrolysis. The LIBS analysis cell 50 is provided with three openings for the optical sights. The first opening 58 is equipped with a convex fused silica piano lens with a focal length of 50 mm by means of which laser pulses of 5 ns duration, wavelength 1064 nm, energy 50 mJ delivered by a 60 Nd: YAG laser operating with a firing frequency of 20 Hz are focused in the internal chamber of the cell 50. A plasma is thus created in the sampled stream, consisting of a mixture of argon and nanoparticles. . A porthole 62 in quartz, whose input face is disposed perpendicularly to the faces of the two other portholes (58, 64), allows the passage of the light emitted by the plasma outside the cell. This radiation (or LIBS signal), containing the information on the chemical composition and the stoichiometry, is collected using a telescope 66, whose line of sight is placed perpendicularly to the laser beam. The telescope 66 is connected to a spectrometer 68 surmounted by an intensified CCD camera 70 with the aid of an optical fiber 72 having a core diameter of 50 μm. The third port 64 is installed facing the focusing lens to allow the escape of the beam which is then stopped by means of a beam stop device 74.
Les données reçues par le spectromètre 68 équipé du détecteur 70, c'est-à-dire les spectres d'émission reçus, sont transmises à un calculateur ou ordinateur 76 pour détermination de la stoechîométrie des particules. DETERMINATION DE LA STOECHIOMETRIE Enregistrement de spectres d'émissionThe data received by the spectrometer 68 equipped with the detector 70, that is to say the received emission spectra, are transmitted to a computer or computer 76 for determining the stoichiometry of the particles. DETERMINATION OF STOICHIOMETRY Recording of emission spectra
Pour déterminer la stoechiométrie en mettant en œuvre la méthode d'analyse selon l'invention, à l'aide du système d'analyse 28, on procède de la manière suivante. Pendant la production de nanopartîcules, on ouvre les vannes 48 et 56 de manière à permettre le passage d'un flux prélevé à travers Ia cellule d'analyse LIBS 50.To determine the stoichiometry by implementing the analysis method according to the invention, using the analysis system 28, the procedure is as follows. During the production of nanoparticles, the valves 48 and 56 are opened so as to allow the passage of a stream taken through the LIBS analysis cell 50.
On envoie une série de tirs laser de faible durée sur le flux prélevé. A la suite de chaque tir laser, le spectre d'émission généré est enregistré après un délai TD vis-à-vis du tir laser, pendant un temps d'intégration Δt (ou temps de pose), allant donc jusqu'à un temps TF tel que TF = TD + Δt.We send a series of laser shots of short duration on the flow taken. As a result of each laser firing, the generated emission spectrum is recorded after a TD delay with respect to the laser firing, during an integration time Δt (or exposure time), thus going up to a time T F such that T F = TD + Δt.
Le plasma induit par un tir laser sur un flux dérivé d'une fabrication de particules de carbure de silicium (SiCx) a une durée de vie d'une centaine de microsecondes environ. L'équipement de détection optique (télescope 66, caméra 70, spectromètre 68) permet de réaliser une analyse du plasma résolue en temps. En faisant varier la période d'intégration Δt (intervalle entre TD et TF) cet équipement peut fournir des spectres d'émission optique correspondant à différents instants de l'évolution du plasma, afin d'optimiser les valeurs de TD et TF.Plasma induced by laser firing on a flux derived from a manufacture of silicon carbide particles (SiC x ) has a lifetime of about one hundred microseconds. The optical detection equipment (telescope 66, camera 70, spectrometer 68) makes it possible to perform a time-resolved plasma analysis. By varying the integration period Δt (interval between TD and TF) this equipment can provide optical emission spectra corresponding to different instants of the evolution of the plasma, in order to optimize the values of TD and T F.
Chaque spectre enregistré correspondant à un seul plasma, conséquence d'un unique tir laser, est en principe suffisant pour une analyse qualitative ou une analyse de la composition chimique, mais est trop peu intense pour être exploité quantitativement du fait de rapports signal/bruit ou signal/continuum défavorables. Les enregistrements des spectres sont donc accumulés sur plusieurs tirs laser. VERIFICATION DES CONDITIONS DE VALIDITE DE (S2) Avant de mettre en œuvre le système d'analyse 28 qui vient d'être présenté, pour procéder à la détermination de la stœchiométrie de lots de particules produites, il convient de vérifier que les conditions d'applicabilité de Ia méthode d'analyse sont bien remplies. Ces vérifications permettent en outre de choisir certains paramètres de la méthode, comme la fenêtre temporelle pendant laquelle on effectue l'acquisition du spectre d'émission.Each recorded spectrum corresponding to a single plasma, consequence of a single laser shot, is in principle sufficient for a qualitative analysis or analysis of the chemical composition, but is too little intense to be exploited quantitatively because of signal / noise ratios or unfavorable signal / continuum. The recordings of the spectra are thus accumulated on several laser shots. VERIFICATION OF THE CONDITIONS OF VALIDITY OF (S2) Before implementing the analysis system 28 which has just been presented, in order to proceed to the determination of the stoichiometry of batches of particles produced, it is necessary to verify that the conditions of applicability of the method of analysis are well fulfilled. These checks also make it possible to choose certain parameters of the method, such as the time window during which the emission spectrum is acquired.
On procède donc aux opérations et vérifications suivantes :The following operations and checks are carried out:
- On calcule Ia densité électronique et la température électronique ou température du plasma ;The electron density and the electronic temperature or plasma temperature are calculated;
- On détermine alors la période pendant laquelle Ie plasma est à l'équilibre thermodynamique local (ETL), pendant laquelle il doit satisfaire à l'un des critères de l'équilibre thermodynamique local ; - On détermine la période pendant laquelle la densité d'ions est faible par rapport à la densité de neutres, et ce pour chaque élément, par étude des spectres d'émission ;The period during which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium (ETL), during which it must satisfy one of the criteria of the local thermodynamic equilibrium, is then determined; The period during which the density of ions is low relative to the density of neutrals is determined for each element by studying the emission spectra;
- On vérifie que le plasma est optiquement mince pour les raies des éléments composant les nanoparticules ; etIt is verified that the plasma is optically thin for the lines of the elements composing the nanoparticles; and
- En fonction des trois points précédents, on choisit une fenêtre temporelle adéquate pour l'enregistrement des spectres.According to the three preceding points, a suitable time window is chosen for the recording of the spectra.
Ces différentes vérifications sont détaillées ci-dessous. A. CALCULS PRELIMINAIRES Densité électroniqueThese different verifications are detailed below. A. PRELIMINARY CALCULATIONS Electronic density
Dans un premier temps, la densité électronique est déterminée par mesure de l'élargissement Stark, auquel la densité est en effet directement proportionnelle suivant la formule suivante ; (S4) Δλstark = 2 Wref * Ne / N6 ref dans laquelle :In a first step, the electron density is determined by measuring the Stark broadening, to which the density is in fact directly proportional according to the following formula; (S4) Δλstark = 2 W r ef * N e / N 6 ref in which:
Δλstark est la largeur Stark mesurée (FWHM)Δλs t ark is the measured Stark width (FWHM)
Wref est la demi-largeur pour le demi-maximum du paramètre Stark pour une densité d'électron donnée Ne ref. L'élargissement d'une raie peut être dû à plusieurs effets. Dans l'exemple présenté, c'est l'effet Stark qui domine. La largeur de la raie est donc la superposition, ou convolution, de la largeur inhérente à l'instrumentation (ou largeur d'appareil) avec la largeur due à l'effet Stark. L'élargissement provoqué par l'instrumentation est mesuré à l'aide d'une lampe de calibration spectrale mercure-argon, ce qui permet l'application d'une correction préalable aux spectres d'émission.W ref is the half-width for the half-maximum of the Stark parameter for a given electron density N e ref . The widening of a line may be due to several effects. In the example presented, it is the Stark effect that dominates. The width of the line is thus the superposition, or convolution, of the width inherent to the instrumentation (or width of apparatus) with the width due to the Stark effect. The enlargement caused by the instrumentation is measured using a mercury-argon spectral calibration lamp, which allows the application of a preliminary correction to the emission spectra.
Mesurant alors Δλ d'une raie à partir du spectre d'émission, on en déduit alors directement N6, les valeurs Wref et Ne ref étant tabulées ;
Figure imgf000019_0001
La densité électronique est calculée pour différentes raies du spectre afin d'augmenter la fiabilité de la valeur utilisée.
Measuring then Δλ of a line from the emission spectrum, N 6 is then directly deduced, the values W ref and N e ref being tabulated;
Figure imgf000019_0001
The electron density is calculated for different spectral lines in order to increase the reliability of the value used.
De plus, la valeur de la densité électronique est déterminée pour une série de spectres d'émission échelonnés dans le temps, de manière à déterminer la variation de la densité électronique N6 dans le plasma en fonction du temps. La validité des résultats obtenus est confortée en comparant les mesures effectuées avec un spectre théorique.In addition, the value of the electron density is determined for a series of time-phased emission spectra so as to determine the variation of the electron density N 6 in the plasma as a function of time. The validity of the results obtained is confirmed by comparing the measurements made with a theoretical spectrum.
La figure 5 présente ainsi un spectre d'émission obtenu avec un délai T0 de 4,2 μs et un temps d'intégration Δt (intervalle entre T0 et TF) de 2 μs (courbe 78), illustré en regard d'un spectre calculé (courbe 79).FIG. 5 thus presents an emission spectrum obtained with a delay T 0 of 4.2 μs and an integration time Δt (interval between T 0 and TF) of 2 μs (curve 78), illustrated with respect to a calculated spectrum (curve 79).
Le spectre d'émission est limité essentiellement aux deux raies de l'Argon à 750,386 nm et 751,465 nm respectivement.The emission spectrum is essentially limited to the two lines of Argon at 750.386 nm and 751.465 nm respectively.
En ordonnée est portée l'intensité du rayonnement (représentée avec une unité arbitraire), alors qu'en abscisse est portée la longueur d'onde du rayonnement en nanomètres.On the ordinate is carried the intensity of the radiation (represented with an arbitrary unit), while on the abscissa is carried the wavelength of the radiation in nanometers.
Il est constaté que pour une densité électronique de 9.1016 cm"3, le spectre calculé et le spectre mesuré sont sensiblement identiques.It is found that for an electron density of 9.10 16 cm "3, the calculated spectrum and the measured spectrum are substantially identical.
La figure 6 fait apparaître les courbes de variation de la densité électronique Ne en fonction du temps, dans les cas où les particules étudiées sont respectivement SiC et SiCg.FIG. 6 shows the variation curves of the electronic density N e as a function of time, in the cases where the particles studied are respectively SiC and SiCg.
On constate notamment que les densités électroniques sont voisines pour ces deux éléments, du moins pour une large plage temporelle entre 2 μs et 10 μs. Pendant les premiers instants après le tir laser (t < 2 μs), la précision de mesure de la densité électronique Ne est cependant assez faible, du fait du fort effet d'élargissement Stark pendant cette phase.In particular, it can be seen that the electronic densities are similar for these two elements, at least for a wide time range between 2 μs and 10 μs. During the first moments after the laser firing (t <2 μs), the measurement accuracy of the electron density N e is however rather low, because of the strong Stark broadening effect during this phase.
Température électroniqueElectronic temperature
Dans un deuxième temps, après la densité électronique la température électronique est déterminée.In a second step, after the electronic density, the electronic temperature is determined.
Celle-ci est calculée de manière classique en utilisant un diagramme de Boltzmann.This is calculated conventionally using a Boltzmann diagram.
Un des diagrammes de Boltzmann utilisés, présenté sur la figure 7, a servi à calculer la température du plasma. Cette température est calculée en prenant le logarithme de l'équation de l'intensité d'une raie, d'après la formule :One of the Boltzmann diagrams used, shown in Figure 7, was used to calculate the plasma temperature. This temperature is calculated by taking the logarithm of the equation of the intensity of a line, according to the formula:
(S5) In (I0 A0 / g, A0) = - E1 / kTe + C dans laquelle(S5) In (I 0 A 0 / g, A 0 ) = - E 1 / kT e + C in which
I0 est l'intensité de la raie spectrale pour la transition entre les niveaux d'énergie i et j ; λ,] est la longueur d'onde du rayonnement émis lors de cette transition ; g, est est le poids statistique du niveau d'énergie i, A0 est la probabilité de transition entre les niveaux i et j, E1 est l'énergie du niveau supérieur i k est la constante de Boltzmann, Te est la température électronique,I 0 is the intensity of the spectral line for the transition between energy levels i and j; λ, ] is the wavelength of the radiation emitted during this transition; g, is is the statistical weight of the energy level i, A 0 is the transition probability between the levels i and j, E 1 is the energy of the higher level ik is the Boltzmann constant, T e is the electronic temperature ,
II apparaît immédiatement à Ia lecture de l'équation (S5), que Ia température se déduit immédiatement de Ia pente de la courbe.It appears immediately on reading equation (S5) that the temperature is deduced immediately from the slope of the curve.
Cette courbe est donnée en figure 7, qui fait apparaître l'évolution d'une fonction logarithmique, incluant Ia température électronique Te du plasma en fonction des énergies E des niveaux supérieurs des transitions, exprimées en électron-volts. L'axe des ordonnées est un logarithme, sans dimension.This curve is given in FIG. 7, which shows the evolution of a logarithmic function, including the electronic temperature T e of the plasma as a function of the E energies of the higher levels of the transitions, expressed in electron volts. The y-axis is a logarithm without dimension.
Pour ce calcul, dix-sept raies de l'argon ont été utilisées, cela afin de réduire l'incertitude sur Ia valeur trouvée. La mesure est effectuée pour des nanoparticules de SiC. La température électronique mesurée ainsi est de 14870 +/- 1400 K.For this calculation, seventeen lines of argon were used, in order to reduce the uncertainty on the value found. The measurement is carried out for SiC nanoparticles. The measured electronic temperature is 14870 +/- 1400 K.
Comme pour la densité électronique Ne, l'évolution de la température électronique Te est déterminée en fonction du temps.As for the electronic density N e , the evolution of the electronic temperature T e is determined as a function of time.
La figure 8 présente la courbe d'évolution de la température électronique Te (en ordonnée, en degrés K) en fonction du temps T0 (en abscisse, en μs) après lequel sont acquis les spectres d'émission, lors de la fabrication de particules de SiC.FIG. 8 shows the evolution curve of the electronic temperature Te (in ordinate, in degrees K) as a function of time T 0 (in abscissa, in μs) after which emission spectra are acquired, during the fabrication of SiC particles.
Par ailleurs, il a été observé que Ia température électronique ne dépend que peu de la stoechiométrie et des concentrations des espèces.In addition, it has been observed that the electronic temperature depends little on stoichiometry and concentrations of the species.
Critère de validité de l'équilibre thermodynamique localCriterion of validity of the local thermodynamic equilibrium
Dans un troisième temps, Ia température et Ia densité électroniques ayant été déterminées en fonction du temps, on détermine la fenêtre temporelle pour laquelle Ie plasma est à l'équilibre thermodynamique local. Pour cela, Ie critère de Mac Whirter est utilisé (d'autres critères similaires peuvent être utilisés) :In a third step, the temperature and the electron density having been determined as a function of time, the time window is determined for which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium. For this, the criterion of Mac Whirter is used (other similar criteria can be used):
(S6) Ne > NL = 1.6. 1012 (Te)1/2.(ΔE)3 dans laquelle ΔE est Ia plus haute différence d'énergie entre des états d'énergie haut et bas peuplés, entre lesquels une transition est possible, Ie plasma étant à l'équilibre thermodynamique local. Dans le calcul, la température électronique choisie est celle obtenue après un délai T0 de 10 μs, c'est-à-dire le délai maximal pendant lequel la densité électronique a pu être déterminée ; cette valeur valant environ 12300 K d'après la figure 8. La valeur retenue pour ΔE est la différence d'énergie pour les deux niveaux générant la raie de l'argon à 419,10 nm ; cette différence d'énergie vaut alors ΔE = 2,95 eV. En partant de ces valeurs de T6 et ΔE, on obtient NL = 4,5.1015 cm"3.(S6) N e > N L = 1.6. 10 12 (T e ) 1/2 . (ΔE) 3 where ΔE is the highest energy difference between high and low populated energy states, between which a transition is possible, the plasma being at equilibrium local thermodynamics. In the calculation, the electronic temperature chosen is that obtained after a delay T 0 of 10 μs, that is to say the maximum time during which the electronic density could be determined; this value being approximately 12300 K according to FIG. 8. The value retained for ΔE is the energy difference for the two levels generating the argon line at 419.10 nm; this energy difference is then worth ΔE = 2.95 eV. From these values of T 6 and .DELTA.E, N is obtained 4.5.10 L = 15 cm "3.
D'après le diagramme donnant la densité électronique (figure 6), l'hypothèse suivant laquelle le plasma est à l'équilibre thermodynamique local (notament pour T0 < 10 μs) est ainsi bien vérifiée.From the diagram giving the electron density (figure 6), the hypothesis according to which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium (notament for T 0 <10 μs) is thus well verified.
Identification des raies spectrales et évaluation du rapport de la densité d'ions sur la densité de neutres Dans un quatrième temps, l'étude qualitative des spectres issue de l'analyse du plasma résolue en temps permet d'évaluer la fraction d'ions présents dans le plasma en fonction du temps.Identification of the spectral lines and evaluation of the ratio of the density of ions on the density of neutrals In a fourth time, the qualitative study of the spectra resulting from the analysis of the plasma resolved in time makes it possible to evaluate the fraction of ions present in the plasma as a function of time.
On considère que les éléments à l'état ionisé ont disparu lorsque leurs raies caractéristiques n'apparaissent plus sur les spectres d'émission. En fait, ces éléments n'ont pas entièrement disparu, mais se sont raréfiés en raison des processus de recombinaison ionique, de telle sorte que leur nombre n'est plus que l/10eme voire l/100eme de celui des éléments dans l'état neutre.The elements in the ionized state are considered to have disappeared when their characteristic lines no longer appear on the emission spectra. In fact, these elements have not entirely disappeared, but become rare is because of ion recombination process, so that their number is more than l / 10 th or l / 100 th of the items in the neutral state.
Il a pu être vérifié par étude des spectres d'émission obtenus, que cette condition est satisfaite dès lors que le délai T0 est supérieur à 2 μs.It has been possible to verify by study of the emission spectra obtained, that this condition is satisfied when the delay T 0 is greater than 2 μs.
Plasma optiquement minceOptically thin plasma
Dans un cinquième temps, il est vérifié que le plasma est optiquement mince. Une première vérification a permis de vérifier sur les spectres d'émission, que ceux-ci ne présentent pas de raies autorenversées, signalant une auto-absorption forte.In a fifth step, it is verified that the plasma is optically thin. A first verification made it possible to verify on the emission spectra that they do not have autorenversed lines, indicating a strong self-absorption.
De plus, une série de mesures ont été réalisées sur des aérosols présentant différentes concentrations en silicium. Ces essais ont permis de tracer la courbe d'évolution de l'intensité I de la raie du silicium à 288,157 nm en fonction de la concentration C du silicium dans l'aérosol, en g/m3, présentée sur la figure 9. La figure 9 présente les mesures effectuées, représentées par de petits ronds, et une droite de régression linéaire passant par l'origine et calculée pour être représentative de ces mesures.In addition, a series of measurements have been carried out on aerosols having different concentrations of silicon. These tests made it possible to trace the evolution curve of the intensity I of the silicon line at 288.157 nm as a function of the concentration C of the silicon in the aerosol, in g / m 3, presented in FIG. 9. Figure 9 shows the measurements taken, represented by small circles, and a linear regression line passing through the origin and calculated to be representative of these measurements.
On peut y constater que l'intensité de la raie d'émission est proportionnelle à la concentration de silicium dans la plage de concentrations étudiée, ce qui a permis de conclure qu'il n'y a quasiment pas d'autoabsorption dans les conditions opératoires.It can be seen that the intensity of the emission line is proportional to the concentration of silicon in the concentration range studied, which has led to the conclusion that there is almost no autoabsorption under the operating conditions. .
En outre, en ce qui concerne le carbone, son taux d'autoabsorption peut être considéré comme négligeable, du fait que sa probabilité de transition est plus faible que celle du silicium à 288,157 nm.In addition, for carbon, its self-absorption rate may be considered negligible, since its transition probability is lower than that of silicon at 288.157 nm.
Enfin, il a été également vérifié qu'il n'y a pas d'effet de saturation du spectre d'émission dû à une vaporisation incomplète des particules dans le plasma induit par laser. Cette vérification a été faite de la manière suivante : Les particules produites par pyrolise laser sont d'un diamètre compris entre 20 et 100 nm. Une série de mesures a été réalisée et a montré une relation linéaire entre la taille des particules produites et l'intensité du spectre d'émission lors de la mise en œuvre de la méthode selon l'invention. On a pu en conclure qu'il n'y a pas d'effet de saturation du spectre d'émission dû à une vaporisation incomplète ou non réalisée de particules de plus grand diamètre, et qu'ainsi, pour ces tailles de particules, le plasma est optiquement mince.Finally, it has also been verified that there is no saturation effect of the emission spectrum due to incomplete vaporization of the particles in the laser-induced plasma. This check was made as follows: The particles produced by laser pyrolysis are of a diameter between 20 and 100 nm. A series of measurements was carried out and showed a linear relationship between the size of the particles produced and the intensity of the emission spectrum during the implementation of the method according to the invention. It has been concluded that there is no saturation effect of the emission spectrum due to incomplete or unrealized vaporization of larger diameter particles, and thus, for these particle sizes, the plasma is optically thin.
Choix de la fenêtre temporelle Dans un sixième temps, la fenêtre temporelle adéquate pour obtenir des résultats significatifs a été déterminée. Cette fenêtre temporelle est l'intervalle s'étendant entre les deux paramètres T0, délai entre le tir laser et le début de l'acquisition du spectre d'émission ; et TF, égal à TD + Δt, où Δt est le temps d'intégration de la caméra CCD 70 intensifiée associée au spectromètre 68.Choice of the time window In a sixth time, the adequate temporal window to obtain significant results has been determined. This time window is the interval extending between the two parameters T 0 , the time delay between the laser firing and the start of acquisition of the emission spectrum; and T F , equal to TD + Δt, where Δt is the integration time of the intensified CCD camera 70 associated with the spectrometer 68.
Cette fenêtre temporelle est choisie en fonction de trois critères : Tout d'abord, elle doit être incluse dans la période pendant laquelle le plasma est à l'équilibre thermodynamique local. La durée maximale est donc de 10 μs, durée au-delà de laquelle la densité électronique ne pouvait plus être mesurée et donc être comparée au résultats fourni par le critère de Mac Whirter.. Ensuite, la densité d'espèces ionisées doit être négligeable devant la densité d'espèces neutres. Le délai minimal est donc de 2 μs.This time window is chosen according to three criteria: First, it must be included in the period during which the plasma is at the local thermodynamic equilibrium. The maximum duration is therefore 10 μs, the duration beyond which the electronic density could no longer be measured and therefore be compared to the results provided by the criterion of Mac Whirter. Then, the density of ionized species must be negligible compared to the density of neutral species. The minimum delay is 2 μs.
Enfin, la fenêtre temporelle doit correspondre à une période durant laquelle le plasma est optiquement mince. Cette condition a également été vérifiée, pour la fenêtre 2-10 μs.Finally, the time window must correspond to a period during which the plasma is optically thin. This condition has also been checked for the 2-10 μs window.
B. EXPLOITATION DU SPECTRE D'EMISSIONB. TRANSMISSION SPECTRUM OPERATION
Les vérifications précédentes ayant permis de confirmer que la méthode est applicable (que les conditions de validité de l'équation (S2) est remplie, en particulier), la méthode est mise en œuvre et fournit les résultats suivants.The previous verifications have confirmed that the method is applicable (that the validity conditions of equation (S2) is met, in particular), the method is implemented and provides the following results.
Deux raies d'émission sont exploitées pour la mesure de stoechiométrie : La raie du carbone à 247 nm, et la raie du silicium à 288,157 nm.Two emission lines are used for measuring stoichiometry: the carbon line at 247 nm, and the silicon line at 288.157 nm.
En effet :Indeed :
- la raie à 247 nm du carbone est la seule enregistrée par le spectromètre utilisé ;- the line at 247 nm of carbon is the only one recorded by the spectrometer used;
- le rapport signal/bruit de la raie du silicium à 288,157 nm est meilleur, et la répétabilité de cette raie est meilleure, que celui des autres raies du silicium.the signal-to-noise ratio of the silicon line at 288.157 nm is better, and the repeatability of this line is better than that of the other silicon lines.
Les caractéristiques de ces raies ainsi que la température du plasma sont présentées dans le tableau ci-dessous :The characteristics of these lines as well as the temperature of the plasma are presented in the table below:
Elément λ (nm) Aij* 107 Ei (eV) Ej (eV) 9i Z T(K)Element λ (nm) Aij * 10 7 Ei (eV) Ej (eV) 9i ZT (K)
Si 288,16 18,9 5,082 0,780 3 16, 87 14800If 288.16 18.9 5.082 0.780 3 16, 87 14800
C 247,85 3,4 7,684 2,684 3 11, 51 14800C 247.85 3.4 7.684 2,684 3 11, 51 14800
Les choix des raies (et donc des valeurs tabulées) permettant le calcul de la stoechiométrie sont présentées dans le tableau ci-dessous.The choice of lines (and therefore tabulated values) for calculating stoichiometry are presented in the table below.
Conformément à l'équation (S), le rapport des intensités des raies correspondant à deux transitions des deux éléments Si et C est directement proportionnel au rapport des densités totales de ces deux éléments dans un état d'ionisation donné, l'état neutre en l'occurrence, les autres états d'ionisation étant négligeables, comme cela a été vérifié. Aussi, la stoechiométrie peut être calculée. On exploite des spectres d'émission enregistrés pour un délai initial T0 de 4,2 μs et un temps d'intégration de la caméra Δt de 2 μs.According to equation (S), the ratio of the intensities of the lines corresponding to two transitions of the two elements Si and C is directly proportional to the ratio of the total densities of these two elements in a given ionization state, the neutral state in the occurrence, the other ionization states being negligible, as has been verified. Also, the stoichiometry can be calculated. Recorded emission spectra are used for an initial delay T 0 of 4.2 μs and a camera integration time Δt of 2 μs.
Les résultats sont les suivants :The results are as follows:
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
La stochiométrie mesurée (colonne de droite) correspond bien, à une erreur de mesure près, au ratio théorique entre le carbone et le silicium (1 , 2, 4, 8). La dépendance des résultats obtenus par rapport aux différents paramètres de l'équation (S) a finalement été évaluée. La température électronique Te est le paramètre qui peut engendrer les erreurs relatives les plus élevées sur le calcul de stoechiométrie.The measured stochiometry (right column) corresponds, with a measurement error, to the theoretical ratio between carbon and silicon (1, 2, 4, 8). The dependence of the results obtained with respect to the various parameters of the equation (S) was finally evaluated. The electronic temperature T e is the parameter that can cause the highest relative errors on the stoichiometry calculation.
L'impact des variations de la température électronique Te est donné par la figure 10. Cette figure fait apparaître les variations du rapport Nc/Nsi pour différentes valeurs de Tθ , à savoir 14800K, 14800 -1480 K et 14800 + 1480 K, et pour quatre types de particules fabriquées, SiC, SiC2, SiC4, SiCs- Une erreur de 25% dans la détermination de la stoechiométrie a lieu pour une erreur de 1500 K dans la détermination de la température électronique. The impact of the variations of the electronic temperature T e is given in FIG. 10. This figure shows the variations of the ratio Nc / Nsi for different values of T θ , namely 14800K, 14800 -1480K and 14800 + 1480K, and for four types of manufactured particles, SiC, SiC 2 , SiC 4 , SiCs. A 25% error in determining stoichiometry occurs for an error of 1500 K in the determination of the electronic temperature.

Claims

REVENDICATIONS
1, Méthode d'analyse de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm, permettant de déterminer Ia stoechiométrie de celles-ci, et dans laquelle, au moins une fois, on exécute les étapes bl) et b2) suivantes : bl) on effectue un tir laser (10) sur un flux d'un aérosol contenant les particules à analyser, de manière à former un plasma (12), et b2) on acquiert au moins un spectre d'émission (18) provenant du plasma à l'aide d'un dispositif (66) de collection de lumière relié à un spectromètre optique (68) équipé d'un détecteur (70), l'acquisition ayant lieu entre un instant initial TD et un instant final TF, ces deux instants étant comptés à partir du moment du tir laser ; et ensuite, c) à partir du ou des spectre(s) d'émission (18) obtenu(s), on détermine la stoechiométrie des particules ; la méthode se caractérisant en ce que l'étape c) comprend l'opération suivante ;1, Method for analyzing composite particles having a diameter of less than 1 μm, making it possible to determine the stoichiometry thereof, and in which, at least once, the following steps b1) and b2) are carried out: b1) a laser firing (10) on a stream of an aerosol containing the particles to be analyzed, so as to form a plasma (12), and b2) acquires at least one emission spectrum (18) from the plasma to the using a light collection device (66) connected to an optical spectrometer (68) equipped with a detector (70), the acquisition taking place between an initial instant TD and a final instant TF, these two moments being counted from the moment of the laser shot; and then, c) from the emission spectrum (s) (18) obtained, the stoichiometry of the particles is determined; the method being characterized in that step c) comprises the following operation;
- on calcule la proportion S ou Sa/b entre deux éléments a,b, par l'équation (Sl) :the proportion S or S a / b is calculated between two elements a, b, by the equation (Sl):
Figure imgf000026_0001
dans celle-ci, le facteur ISI8'1 tot/N5'1 tot est déterminé par l'équation (S2):
Figure imgf000026_0001
in it, the ISI factor 8 ' 1 to t / N 5 ' 1 tot is determined by the equation (S2):
Figure imgf000026_0002
équations dans lesquelles ; a, b sont les deux éléments dont on détermine le ratio Sa/bA ij est la transition considérée pour l'élément a, entre les niveaux î et j, Naτot est le nombre total d'atomes de l'élément a, somme des atomes NaIτot à l'état neutre I c'est-à-dire au degré d'ionisation 0, et des atomes Na<1Iτot au premier état ionisé II c'est-à-dire au degré d'ionisation +1, Ia/Iιj est l'intensité totale correspondant à une raie de l'élément a à l'état neutre, correspondant à Ia transition entre les états i et j, est la longueur d'onde du rayonnement émis lors de cette transition, Z3/I est Ia fonction de partition de l'élément a à l'état neutre, g, et gk sont les poids statistiques respectivement du niveau i de l'élément a et du niveau k de l'élément b,
Figure imgf000026_0002
equations in which; a, b are the two elements whose ratio S a / bA ij is the transition considered for the element a, between the levels I and j, N a τ ot is the total number of atoms of the element a , sum of the atoms N aI τo t in the neutral state I, that is to say the degree of ionization 0, and of the atoms N a <1I τo t at the first ionized state II, that is to say at the degree of ionization +1, I a / I ι j is the total intensity corresponding to a line of element a in the neutral state, corresponding to the transition between states i and j, is the wavelength of the radiation emitted during this transition , Z 3 / I is the partition function of the element a in the neutral state, g, and gk are the statistical weights respectively of the level i of the element a and the level k of the element b,
A^1J est la probabilité de transition entre les niveaux i et j pour l'élément a à l'état neutre,A ^ 1J is the probability of transition between the levels i and j for the element a in the neutral state,
Ea'! ι est l'énergie du niveau supérieur i pour l'élément a à l'état neutre, k est la constante de Boltzmann, Te est la température électronique.E a ' ! ι is the energy of the upper level i for the element a in the neutral state, k is the Boltzmann constant, T e is the electronic temperature.
2. Méthode d'analyse suivant la revendication 1, dans laquelle à l'étape c), le facteur Na'π tot/Na/I tot de l'équation (Sl) est déterminé par l'équation (S3):2. Analysis method according to claim 1, wherein in step c), the factor N a ' π t o t / N a / I tot of the equation (Sl) is determined by the equation (S3 ):
Figure imgf000027_0001
dans laquelle me est la masse de l'électron, h est la constante de Planck, et
Figure imgf000027_0001
where m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
E10n est l'énergie d'ionisation d'un atome de l'élément a passant de l'état neutre I à l'état une fois ionisé ILE 10n is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I to the state once ionized IL
3, Méthode d'analyse suivant la revendication 1, dans laquelle à partir de l'instant T0, les formes ionisées des éléments constituant les particules sont sensiblement en nombre au moins dix fois inférieur au nombre des mêmes éléments à l'état neutre, grâce à quoi à l'étape c), les facteurs N94WN3'1 « et
Figure imgf000027_0002
tôt de l'équation (Sl) sont considérés comme négligeables, et ainsi, la proportion S3/b entre deux éléments a,b, d'après (Sl), vérifie ;
3, Method of analysis according to claim 1, wherein from the time T 0 , the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times lower than the number of the same elements in the neutral state, whereby in step c) the factors N 94 WN 3 ' 1 "and
Figure imgf000027_0002
early of the equation (Sl) are considered negligible, and so, the proportion S 3 / b between two elements a, b, according to (Sl), verifies;
Sa/b = N%o1/N V, = Na' WNb'! tôtSa / b = N% o1 / NV, = N a 'WN b ' ! early
4, Méthode d'analyse suivant Tune quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'étape c) comprend l'étape suivante : - on détermine Ia stoechiométrie en choisissant comme valeur pour une proportion relative (Sa/b) entre deux éléments (a,b), la valeur pour laquelle est minimal un écart entre le spectre observé, et le spectre simulé par un simulateur de plasma. 4, Method of analysis according to any one of claims 1 to 3, wherein step c) comprises the following step: the stoichiometry is determined by choosing as value for a relative proportion (S a / b ) between two elements (a, b), the value for which is minimal a difference between the observed spectrum, and the spectrum simulated by a plasma simulator .
5. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à5. Method of analysis according to any one of claims 1 to
4, dans laquelle la séquence des étapes de tir laser, ou étape bl) et d'acquisition d'au moins un spectre, ou étape b2) est répétée au moins cent fois, et l'étape c) est réalisée en exploitant les informations accumulées sur l'ensemble des spectres d'émission (18) ainsi acquis. 4, in which the sequence of laser firing steps, or step b1) and acquisition of at least one spectrum, or step b2) is repeated at least a hundred times, and step c) is performed using the information accumulated over all emission spectra (18) thus acquired.
6. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à6. Method of analysis according to any one of claims 1 to
5, dans laquelle le plasma (12) est optiquement mince entre les instants TD et TF.5, wherein the plasma (12) is optically thin between times T D and T F.
7. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à7. Method of analysis according to any one of claims 1 to
6, dans laquelle le plasma (12) est à l'équilibre thermodynamique local entre les instants Tp et T F.6, in which the plasma (12) is at the local thermodynamic equilibrium between the instants Tp and T F.
8. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à8. Method of analysis according to any one of claims 1 to
7, dans laquelle à l'étape c), chacun des spectres utilisés pour déterminer les proportions relatives des différents éléments constituant les particules, est acquis continûment à partir de l'instant T0 et jusqu'à l'instant TF. 7, wherein in step c), each of the spectra used to determine the relative proportions of the different elements constituting the particles, is acquired continuously from time T 0 and up to time T F.
9. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à9. The method of analysis according to any one of claims 1 to
8, dans laquelle l'aérosol comporte au moins deux types de particules composites.8, wherein the aerosol comprises at least two types of composite particles.
10. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à10. Method of analysis according to any one of claims 1 to
9, dans laquelle le plasma généré au cours d'une étape bl) contient au moins 300 particules, et de préférence au moins 1000 particules, dont le rayonnement est acquis à l'étape b2) afin de permettre la détermination de la stœchiométrie des particules à l'étape c).9, in which the plasma generated during a step b1) contains at least 300 particles, and preferably at least 1000 particles, whose radiation is acquired in step b2) in order to allow the determination of the particle stoichiometry. in step c).
11. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à11. Method of analysis according to any one of claims 1 to
10, dans laquelle à l'étape bl), l'aérosol dans lequel le plasma est généré contient au moins lu7 particules par centimètre cube, la taille des particules se trouvant entre 10 nm et 100 nm.10, wherein in step b1), the aerosol in which the plasma is generated contains at least 7 particles per cubic centimeter, the particle size being between 10 nm and 100 nm.
12. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle avant l'étape bl), a lieu une étape a), au cours de laquelle on ajuste, à la hausse ou à la baisse, la concentration des particules dans l'aérosol.12. Analysis method according to any one of claims 1 to 11, wherein before step b1), a step a) takes place, during which the concentration of particles in the aerosol is adjusted upwards or downwards.
13. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, utilisée pour déterminer la stoechiométrie de nanoparticules de diamètre maximal inférieur à 100 nm.13. Analysis method according to any one of claims 1 to 12, used to determine the stoichiometry of nanoparticles with a maximum diameter of less than 100 nm.
14. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à14. The method of analysis according to any one of claims 1 to
13, utilisée pour déterminer la stoechiométrie de particules de carbures de silicium, de titane, de bore ; d'oxydes de titane ; ou encore d'oxyde de fer Fe2O3. 13, used to determine the stoichiometry of particles of silicon carbides, titanium, boron; titanium oxides; or iron oxide Fe 2 O 3 .
15. Méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à15. The method of analysis of any one of claims 1 to
14, dans laquelle à l'étape bl), dans l'aérosol les particules sont en suspension dans un gaz inerte monoatomique tel que l'argon, l'hélium, le néon.14, wherein in step b1), in the aerosol the particles are suspended in a monoatomic inert gas such as argon, helium, neon.
16. Procédé de fabrication de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm par pyrolise laser, caractérisé en ce qu'il comprend le contrôle en ligne de la stoechiométrie des particules produites, au moyen de la méthode d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15.16. A process for producing composite particles with a diameter of less than 1 μm per laser pyrolysis, characterized in that it comprises the on-line control of the stoichiometry of the particles produced, by means of the analysis method according to any one of the Claims 1 to 15.
17. Système d'analyse pour la détermination de la stoechiométrie de particules composites de diamètre inférieur à 1 μm, le système comportant :17. Analysis system for determining the stoichiometry of composite particles with a diameter of less than 1 μm, the system comprising:
- une chambre interposée sur un canal (46), le canal étant apte à convoyer un aérosol contenant les particules à analyser ;a chamber interposed on a channel (46), the channel being able to convey an aerosol containing the particles to be analyzed;
- un laser (60), apte à effectuer un tir (10) sur l'aérosol lors de son passage dans la chambre, pour former localement un plasma (12) ;- A laser (60), adapted to perform a firing (10) on the aerosol as it passes through the chamber, to locally form a plasma (12);
- un dispositif (66) de collection de la lumière émise par le plasma ;a device (66) for collecting the light emitted by the plasma;
- un spectromètre optique (68), équipé d'un détecteur (70) vers lequel la lumière collectée est dirigée ;an optical spectrometer (68), equipped with a detector (70) to which the collected light is directed;
- des moyens de calcul (76) aptes, à partir du ou des spectres d'émission obtenus, à déterminer la stoechiométrie des particules ; le système se caractérisant en ce que les moyens de calcul (76) sont prévus pour calculer la stoechiométrie de la manière suivante ;calculating means (76) able, from the emission spectrum or spectra obtained, to determine the stoichiometry of the particles; the system being characterized in that the calculating means (76) is provided for calculating the stoichiometry as follows;
- la proportion S ou Sa/b entre deux éléments a,b est calculée en exploitant l'équation (Sl) :
Figure imgf000030_0001
dans laquelle Ie facteur N^ tot/N5'1 tôt est déterminé par l'équation (S2): κl a,ï ja.ï ia,I ya j * b,l
the proportion S or S a / b between two elements a, b is calculated using the equation (Sl):
Figure imgf000030_0001
wherein Ie factor N ^ tot / N 5 '1 is early determined by the equation (S2): κ l A, I ja.ï ia, I is j * b, the
Mbj ~~ rb,I 2b,l 7b ι Δ a,I exP κτ M bj ~~ rb, I 2 b, the ι Δ 7b has, I ex P κ τ
Nttoôtt l ιkkll À "kkll Z " • • ' 9 Mii A Â kuij
Figure imgf000030_0002
équations dans lesquelles : a, b sont les deux éléments dont on détermine le ratio Sa/b, ij est la transition considérée pour l'élément a, entre les niveaux i et j, Naτot est le nombre total d'atomes de l'élément a, somme des atomes
N ttoot l ι kkll To "kkll Z " • • ' 9 Mii A k uij
Figure imgf000030_0002
equations in which: a, b are the two elements whose ratio S a / b is determined , ij is the transition considered for the element a, between the levels i and j, N a τot is the total number of atoms of the element a, sum of the atoms
NaIτot à l'état neutre I c'est-à-dire au degré d'ionisation 0, et des atomesN aI τot in the neutral state I, that is to say at the degree of ionization 0, and atoms
Na'πτot au premier état ionisé II c'est-à-dire au degré d'ionisation +1,
Figure imgf000030_0003
est l'intensité totale correspondant à une raie neutre de l'élément a, correspondant à la transition entre les états i et j, λa/Iij est la longueur d'onde du rayonnement émis lors de cette transition,
N a ' π τot at the first ionized state II, that is to say at the degree of ionization +1,
Figure imgf000030_0003
is the total intensity corresponding to a neutral line of the element a, corresponding to the transition between the states i and j, λ a / I ij is the wavelength of the radiation emitted during this transition,
Za'1 est la fonction de partition de l'élément a à l'état neutre, g, et gk sont les poids statistiques respectivement du niveau i de l'élément a et du niveau k de l'élément b, est la probabilité de transition entre les niveaux i et j pour l'élément a, à l'état neutreZ a ' 1 is the partition function of the element a in the neutral state, g, and gk are the statistical weights respectively of the level i of the element a and the level k of the element b, is the probability of transition between the levels i and j for the element a, in the neutral state
Ea' j est l'énergie du niveau supérieur i pour l'élément a à l'état neutre, k est la constante de Boltzmann,E a 'j is the energy of the upper level i for the element a in the neutral state, k is the Boltzmann constant,
T6 est la température électronique.T 6 is the electronic temperature.
18. Système d'analyse suivant la revendication 17, dans lequel les moyens de calcul déterminent le facteur Na'π tot/N3'1 tot de l'équation (Sl) en exploitant l'équation (S3);18. An analysis system according to claim 17, wherein the calculating means determine the factor N a ' π t o t / N 3 ' 1 tot of the equation (Sl) using the equation (S3);
Figure imgf000030_0004
dans laquelle me est la masse de l'électron, h est la constante de Planck, et
Figure imgf000030_0004
in which m e is the mass of the electron, h is the Planck constant, and
Ej0n est l'énergie d'ionisation d'un atome de l'élément a passant de l'état neutre I à l'état une fois ionisé ILEj 0n is the ionization energy of an atom of the element a passing from the neutral state I to the state once ionized IL
19. Système d'analyse suivant la revendication 17, dont les moyens de collection de la lumière sont prévus pour ne collecter la lumière qu'à partir de l'instant initial TD/ à partir duquel les formes ionisées des éléments constituant les particules sont sensiblement en nombre au moins dix fois inférieur au nombre des mêmes éléments à l'état neutre, grâce à quoi à l'étape c), les facteurs
Figure imgf000031_0001
tot de l'équation (Sl) sont considérés comme négligeables, et ainsi la proportion Sa/b entre deux éléments a,b, d'après (Sl), vérifie :
Figure imgf000031_0002
tôt
19. The analysis system according to claim 17, wherein the light collection means are provided to collect the light only from the initial moment T D / from which the ionized forms of the elements constituting the particles are substantially in number at least ten times smaller than the number of the same elements in the neutral state, whereby in step c) the factors
Figure imgf000031_0001
tot of the equation (Sl) are considered negligible, and thus the proportion S a / b between two elements a, b, according to (Sl), satisfies:
Figure imgf000031_0002
early
20. Système d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 17 à20. Analysis system according to any one of claims 17 to
19, dans lequel le canal (46) est installé entre deux points (B,C) d'au moins une conduite de transport (40,43) de l'aérosol, une différence de pression entre ces deux points induisant le mouvement de l'aérosol dans le canal.19, wherein the channel (46) is installed between two points (B, C) of at least one transport pipe (40,43) of the aerosol, a pressure difference between these two points inducing the movement of the aerosol in the canal.
21. Système d'analyse suivant l'une quelconque des revendications 17 à21. Analysis system according to any one of claims 17 to
20, comportant en outre un canal d'adduction de gaz, permettant d'ajouter du gaz dans l'aérosol en amont de la chambre pour réduire la concentration de particules dans l'aérosol. 20, further comprising a gas supply channel, for adding gas into the aerosol upstream of the chamber to reduce the concentration of particles in the aerosol.
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