WO2010079154A1 - Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procede - Google Patents

Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procede Download PDF

Info

Publication number
WO2010079154A1
WO2010079154A1 PCT/EP2010/050022 EP2010050022W WO2010079154A1 WO 2010079154 A1 WO2010079154 A1 WO 2010079154A1 EP 2010050022 W EP2010050022 W EP 2010050022W WO 2010079154 A1 WO2010079154 A1 WO 2010079154A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
liquid
deposition
substrate
chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050022
Other languages
English (en)
Inventor
Hai Trieu Phan
Jean-Antoine Gruss
Olivier Poncelet
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Priority to JP2011544054A priority Critical patent/JP2012514689A/ja
Priority to EP10700046.5A priority patent/EP2376673B1/fr
Priority to CN2010800082938A priority patent/CN102325923A/zh
Priority to US13/143,242 priority patent/US20110305838A1/en
Publication of WO2010079154A1 publication Critical patent/WO2010079154A1/fr

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder

Definitions

  • the present invention relates to a method of deposition of nanoparticles whose adhesion is improved and to a device for the implementation of such a method, for example for the realization of thermal exchange surfaces with improved thermal performance.
  • Heat exchangers allow the transfer of heat between a surface, called the heat exchange surface, and a fluid. These often include unopened heat exchange structures, such as tubes or plates of complex shape, large and of various materials, such as metals, polymers or ceramics.
  • the fluid evaporating on the surface, extracts the heat from the surface, the fluid is set in motion to evacuate the extracted heat.
  • the thermal resistance is proportional to the ratio 1 / hS, h being the heat exchange coefficient between the exchange wall and the fluid, and S being the area of the exchange surface.
  • h being the heat exchange coefficient between the exchange wall and the fluid
  • S being the area of the exchange surface.
  • the production of surfaces with good wettability can be obtained by the deposition of small particles on said surface, for example nanoscale particles, also called nanoparticles t, these particles having good properties of wettability vis-à-vis the fluid used in the heat exchanger.
  • nanoscale particles also called nanoparticles t
  • the deposition of such particles on a surface can be obtained by different methods.
  • a first type of method consists in depositing a thin film of particles on the surface.
  • a first method consists of depositing a so-called LANGMUIR-BLODGETT film on the surface, this film is composed of a monolayer or a plurality of layers of amphiphilic molecules, i.e. having a hydrophilic end and a hydrophobic end.
  • a drop of a solvent containing such molecules is introduced into a tray filled with ultrapure water.
  • the molecules are distributed in the form of a film on the surface of the water. After evaporation of the solvent, the hydrophilic end of the molecules is oriented towards the water and the hydrophobic end of the molecules is oriented away from the water surface.
  • the molecules gather together to reduce the space between them and the substrate to be submerged is immersed perpendicular to the surface of the water.
  • the molecule film adheres to the substrate due to capillary pressure. It is then possible to stack several tens of films. This technique is relatively complex and time consuming to implement. Moreover, it only applies to substrates offering a flat surface, or at least surfaces with a relatively simple configuration.
  • CVD chemical vapor deposition
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • PECVD Plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • MOCVD and PECVD only apply to substrates smaller than 25 cm in diameter. Indeed, it is difficult to control the homogeneity of the deposit on surfaces of large size.
  • This method can be applied to substrates of complex shape, however the nanoparticle film thus produced does not adhere sufficiently to the substrate, the film can be easily destroyed.
  • the previously stated goals are achieved by the nanostructuring of the surface of a substrate obtained by the deposition of nanoparticles by contacting the surface to be coated with a nanofluid, the surface to be coated also being heated, the nanofluid being maintained under a higher pressure. at atmospheric pressure, so that the deposition takes place by boiling. Pressurization of the nanofluid has the effect of increasing the boiling temperature, which allows to increase the temperature at which the nanofluid can be heated, thus improving the adhesion of the deposit on the surface.
  • the deposition conditions are such as to allow deposition under a high boiling point above the standard boiling point. These temperatures, however, make it possible to deposit on polymer substrates.
  • the boiling temperature corresponds to the saturation temperature, this temperature depends on the pressure. For example, a pressure is applied to the nanofluid so that its boiling temperature is between 150 0 C and 200 0 C.
  • the duration of the deposition phase is greater than 10 minutes, considerably improving the homogeneity of the deposition of nanoparticles.
  • discrete zones of the substrate are heated in order to perform localized structuring and not total structuring of the substrate surface.
  • the main subject of the present invention is therefore a method for depositing nanometric particles on at least a portion of the surface of a substrate comprising the steps of: a) heating a liquid containing said particles of nanometric size at a temperature close to its boiling temperature, b) heating said at least a portion of the surface of the substrate to a temperature substantially equal to said boiling temperature, c) contacting the liquid with the surface, d) boiling the liquid on said surface at a temperature above its standard boiling point, causing the deposition of said nanoparticles on the surface, wherein said steps a), b) and c) take place at a pressure higher than atmospheric pressure.
  • step c) is carried out by flowing the liquid along the surface, the flow of the liquid along the surface taking place at a low speed, for example less than or equal to 0.1 m / s
  • the pressure applied is between 5 bar and 10 bar, so as to have a fluid boiling temperature between 150 0 C and 200 0 C.
  • the concentration of particles in the liquid is, for example between 0 , 01% and 1% by mass.
  • the deposited particles may be TiO 2 , SiO 2 , alpha-Al 2 O 3 , gamma-Al 2 O 3 , boehmite AlO (OH), gibbsite Al (OH) 3), ZrO 2 , HfO 2 , SnO 2 , Sb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , ZnO and / or silver, and the fluid is water or ethylene glycol.
  • the surface is heated at discrete areas.
  • the subject of the present invention is also a process for producing a heat exchange surface for a heat exchanger implementing the method according to the present invention, the deposited particles being particles offering properties of good wettability with respect to the fluid. heat exchanger intended to be implemented in the heat exchanger.
  • a first phase is carried out prior to the deposition of the particles having good wettability. comprising steps a), b) and c), the particles being particles having a low wettability with respect to said heat exchange fluid, so as to form a layer of particles of low wettability between the substrate and the layer particles with good wettability.
  • the present invention also relates to a device for producing the deposition of nanoscale particles on at least a portion of the surface of a substrate, comprising a first chamber intended to contain a liquid loaded with said particles of nanometric size to be deposited. , the first chamber being under a pressure greater than atmospheric pressure and comprising means for heating said liquid capable of bringing the liquid to its boiling point, a second chamber pressurized at a pressure substantially equal to that of the first chamber, the interior of which takes place the deposition of said nanoparticles, heating means being provided for heating the at least a portion of the surface of the substrate to said boiling temperature, the first enclosure being connected to the second enclosure to enable the supply of the second chamber with the liquid carried substantially at its boiling temperature, so that the liquid boils when in contact with the at least a portion of the heated surface.
  • the second enclosure is formed at least partially directly by the substrate, said substrate delimiting a channel with two open ends, the deposition taking place on at least a portion of the channel surface, and at least one end being intended to be connected to the first enclosure.
  • the device according to the invention may comprise a second connection for returning the liquid in the first chamber after passing through the second chamber, so as to form a closed circuit, the entire circuit being pressurized.
  • the first and the second enclosure are combined.
  • the device according to the invention may comprise means for circulating the liquid at low speed along the surface of the substrate, for example a hydraulic pump.
  • FIGS. 1A to 1C are schematic representations of the deposition steps of the method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an exemplary implementation of the method according to the present invention.
  • FIG. 3A is a schematic representation of an alternative embodiment of a structuring obtainable by the method according to the present invention
  • FIG. 3B is an enlarged view of FIG. 3A
  • FIGS. 4A to 4D are diagrammatic representations of various examples of surfaces that can be structured by means of the method according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a structured surface, in a discrete manner, thanks to the method according to the present invention.
  • the nanoparticle deposition process which will be described below can be used to make deposits on all types of objects having various functions.
  • An advantageous application of such surfaces is heat exchange, but the present invention is in no way limited to such an application.
  • nanofluid 8 a liquid solution containing nanoparticles 6, hereinafter called nanofluid 8, is used.
  • This solution is brought into contact with the surface 4 of the substrate 2.
  • the nanofluid 8 is brought to a temperature close to its boiling point and advantageously slightly below its boiling point, the substrate 2 is also heated substantially above the boiling temperature.
  • the deposition under the highest possible boiling point it is desired to perform the deposition under the highest possible boiling point.
  • a liquid whose standard boiling temperature is high we choose a liquid whose standard boiling temperature is high, and secondly we put the nanofluid 8 under pressure, in order to increase the boiling temperature of the nanofluid 8, so that it is higher than its standard boiling point.
  • under pressure means, in the present application, under a pressure greater than atmospheric pressure.
  • the inventors have found that the adhesion of the deposited nanoparticle layer was increased by increasing the temperature at which the deposition took place.
  • the high temperature modifies the deposition structure performed with respect to the prior art and appreciably improves the adhesion of the nanoparticles to the surface 4.
  • the high temperature allows crystallization in situ and increases the forces van der Waals between the substrate and the nanoparticles.
  • the thickness of the nanoparticle layer 10 can be calculated from the following relation:
  • the material of the nanoparticles is for example TiO 2 , SiO 2 or else alpha-Al 2 O 3 , gamma-Al 2 O 3 , boehmite AlO (OH), gibbsite Al (OH) 3), ZrO 2 , HfO 2 , SnO 2 , Sb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , ZnO and / or silver, and the liquid containing them may be, for example water or ethylene glycol.
  • the pressure of the nanofluid is such that the boiling point of the liquid is between 150 0 C and 200 0 C, the pressure is then between 5 bar and 10 bar.
  • the device 12 shows an example of a device 12 for implementing the method according to the present invention applied to the deposition of nanoparticles on the inner surface 4 of a tube 2.
  • the device 12 comprises a first enclosure 14 in which the nanofluid 8 is intended to be boiled under pressure, the first chamber 14 is equipped with heating means shown schematically and designated by the reference 16 and pressurizing means shown schematically and designated by the reference 18 .
  • an agitation system 19 is provided in the first chamber 14 to ensure a substantially homogeneous concentration of nanofluid particles that will be injected to effect the deposition.
  • the device also comprises a second enclosure 20 in which the deposition takes place, a duct 21 is provided between the first enclosure 14 and the second enclosure 20 to bring the nanofluid substantially to its boiling point under pressure inside the enclosure.
  • second speaker 20 is provided between the first enclosure 14 and the second enclosure 20 to bring the nanofluid substantially to its boiling point under pressure inside the enclosure.
  • the solution comprising the nanoparticles "ready to be deposited” is introduced into the second chamber 20.
  • the nanoparticles were made beforehand and added to a solution to form the nanofluid.
  • the second chamber 20 is formed directly by the tube to be treated.
  • a pump 26 for bringing the nanofluid from the first enclosure 14 to the second enclosure 20 may be provided.
  • a duct 22 is also provided between the second chamber 20 and the first chamber 14 bringing the fluid from the tube to the chamber 14.
  • the deposition device also comprises means 24 for heating the substrate in the second chamber, in the particular case shown, the heating means are external to the first enclosure formed directly by the pipe to be covered.
  • These heating means 24 can be of any type, for example they can be electric, by electromagnetic coupling, indirectly by a heat exchanger by means of a fluid. It is even possible to arrange the tube, and more generally the substrate in an oven. Any other type of heating known to those skilled in the art is applicable.
  • the nanoparticle concentration of the fluid may be between 0.01% and 1% by weight.
  • the pressure within the first chamber 14 is between 5 bar and 10 bar and the boiling temperature is between 150 0 C and 200 0 C.
  • the heat flux applied to the tube is between 0.1 W / cm 2 and 100 W / cm 2 .
  • the nanofluid is heated to its boiling point T0 at 5 to 10 bars in the enclosure 14
  • the tube 2 is heated substantially to said boiling temperature Te.
  • the nanofluid When the nanofluid is at a temperature slightly below its boiling point, it is sent into the heated tube 2 by means of the pump 26.
  • the nanofluid is injected at a very low speed into the tube to ensure a constant concentration of the fluid inside the tube over its entire length and therefore a more homogeneous deposition all along the tube.
  • the flow velocity of the nanofluid is of the order of 0.1 m / s. This circulation has the advantage of ensuring the evacuation of the steam bubbles generated within the nanofluid.
  • the nanofluid is circulated for a long time, advantageously at least 10 min to improve the homogeneity of the deposited layer. Indeed, it has been found that the longer the deposition time, the more the deposited layer has a homogeneous structure.
  • the device operates in closed loop, the nanofluid after passing through the tube is returned to the chamber, to be then reinjected into the tube. In the chamber, the nanofluid is heated again. It can be expected to recharge the fluid into nanoparticles.
  • the closed-loop operation makes it possible to carry out a completely pressurized installation, which simplifies its implementation, in particular with regard to the seals. But it is understood that a device with an open circuit is not beyond the scope of the present invention.
  • nanoparticle deposits that have good wettability properties with respect to the fluid that will be used in the heat exchanger.
  • the fluid used is water
  • the nanoparticles have hydrophilic properties.
  • the expression "nanoparticles having good properties of wettability with respect to a fluid” means that the material, of which the nanoparticles are composed, forming a flat surface, itself offers good wetting properties vis-à-vis a fluid.
  • -vis fluid ie the contact angle between the outer edge of a drop of fluid and the flat surface is less than 90 °.
  • the surface is said to be hydrophilic.
  • the low wettability means that the contact angle between a drop of fluid and the flat surface is greater than 90 °
  • nanoparticles having any type of property can be deposit in a variant of the method which is shown in Figures 3A and 3B where it is desired to achieve a particularly effective exchange surface, a deposition of a first layer 28 of nanoparticles with little or no wetting and a deposit of a second layer 30 covering the first layer 28 of very wetting nanoparticles.
  • a first hydrophobic layer 28 deposited on the substrate and a second hydrophilic layer 30 deposited on the first layer 28 are produced.
  • the steam seeds 27 appear with less energy because of the hydrophobic layer 28, while offering excellent properties of the very wetting surfaces thanks to the hydrophilic layer 30.
  • the hydrophilic layer 30 facilitates detaching the vapor bubbles 9 and rewetting the surface. This structuring therefore makes it possible to have an energy for initiating the lower nucleation than in the case of structuring obtained solely with the aid of wetting nanoparticles.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrammatic representations of various forms of parts, part of which surfaces can be treated by means of the method according to the present invention. It can be seen that complex-shaped, closed-type surfaces can be simply structured by the present invention.
  • FIG. 4A it is a plane substrate provided with a plane surface 102.
  • FIG. 4B it is a tube, the structuring of the inner surface of which has been described with reference to FIG. 2.
  • the substrate 202 is in the form of a truncated pyramid with a hollow square base.
  • the substrate 302 is in the form of a balloon-type container provided with an orifice.
  • the arrows Q symbolize the heat flux to which the substrate is subjected in view of the deposit.
  • the parts delimiting a channel, whose surface is intended to be structured are particularly suitable for deposition according to the device of FIG.
  • the method described in relation to FIG. 2 advantageously makes it possible to directly use the tube as a pressurized enclosure within which the deposit is made, which simplifies the device and makes it possible to overcome, at least partially, the problems of sizes of the substrates to be treated.
  • the device In the case of an open-form substrate, the device has a second chamber separate from the substrate, the latter being disposed in the second enclosure. In this case, structuring will take place on all surfaces of the substrate accessible to the nanofluid.
  • a deposition device comprising a single pressurized enclosure in which the nanofluid is heated to its boiling point and in which the substrate is immersed and heated is also conceivable.
  • the deposition of nanoparticles takes place on all surfaces of the substrate accessible to the nanofluid.
  • the device of FIG. 2 is particularly suitable for the structuring of closed surfaces and has the advantage of structuring substrates of any size, since these are not limited by the size of an installation in which the substrate should be introduced. .
  • PC polycarbonate
  • PEEK Polyetheretherketone
  • PEI Polyetherimide
  • PSU Polysulfone
  • PPSU Polyphenylsulfone
  • PA Polyamide
  • POM Polyoxymethylene
  • PBI Polybenzimidazole
  • PPS Polyphenyl Sulfide
  • the method according to the invention makes it possible to make deposits faster and more homogeneous than in the case of deposition at atmospheric pressure.
  • the deposit obtained by virtue of the invention is porous, which has the effect of increasing the specific surface area, which is favorable for rewetting in the case of a heat exchanger.
  • the porosity of the deposit is between 25% and 80%, and advantageously of the order of 40%.
  • the porosity of the deposit obtained according to the invention is also favorable in the case, for example of nanoparticles used as catalyst.
  • Catalyst nanoparticles such as Pd, Pt, Ni, CeO can be used or the support can be made in nanoporous form for depositing catalyst particles.
  • it is sought to achieve a uniform and continuous deposition on a surface of a substrate.
  • it is also possible to achieve, in a very simple manner, a discrete structuring of a surface, as shown in FIG. 5.
  • the surface of the substrate comprises zones 32 that are desired cover with a layer of nanoparticles and zones 34 that it is desired not to cover nanoparticles.
  • the tests consisted in carrying out deposits of nanoparticles on a surface heated from a drop of nanofluid. In this case, it is SiO 2 in water.
  • the substrate is aluminum. Deposits at three temperatures for heating the substrate and the nanofluid were carried out at 80 ° C., 110 ° C. and 175 ° C. The nanoparticles are deposited on the surface of the substrate. Abrasion of a part of the surface is then carried out by means of a device called the "Taber 5750®".
  • the adhesion of the deposited particles was measured by measuring the profile of the abraded and unabraded surfaces by means of a profilometer, the percentage of particles removed by abrasion for each temperature is collated in the table below:
  • the deposition process according to the present invention is particularly suitable for producing diphasic heat exchangers, diphasic thermosiphons, heat pipes and for carrying out hydrophilic or hydrophobic surface treatments.

Abstract

Dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique sur au moins une partie de la surface (4) d'un substrat (2), comportant une première enceinte (14) destinée à contenir un liquide (8) chargé en particules de taille nanométrique, la première enceinte (14) étant sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et comportant des moyens de chauffage (16) dudit fluide aptes à porter le fluide à sa température d' ébullition, une deuxième enceinte (20) pressurisée à une pression sensiblement égale à celle de la première enceinte (14), à l'intérieur de laquelle a lieu le dépôt par ébullition, des moyens de chauffage (24) étant prévus pour chauffer la au moins une partie de la surface (4) du substrat (2), la première enceinte (14) étant connectée à la deuxième enceinte (20) pour permettre l'alimentation de la deuxième enceinte (20) avec le fluide porté sensiblement à sa température d' ébullition.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN DEPOT DE NANOPARTICULES A ADHERENCE AUGMENTEE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN ŒUVRE
D'UN TEL PROCEDE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente invention se rapporte à un procédé de dépôt de nanoparticules dont l'adhérence est améliorée et à un dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procédé, par exemple pour la réalisation de surfaces d'échanges thermiques à performances thermiques améliorées.
Les échangeurs thermiques permettent le transfert de chaleur entre une surface, dite surface d'échange thermique, et un fluide. Ceux-ci comportent souvent des structures d'échange thermique non ouvertes, telles que des tubes ou des plaques de forme complexe, de grande taille et dont les matériaux sont divers, tels que les métaux, les polymères ou les céramiques.
Le fluide, en s' évaporant sur la surface, extrait la chaleur de la surface, le fluide est mis en mouvement pour évacuer la chaleur extraite.
Une caractéristique importante dans le choix d'une surface d'échange thermique est la résistance thermique de celle-ci. La résistance thermique est proportionnelle au rapport 1/hS, h étant le coefficient d'échange thermique entre la paroi d'échange et le fluide, et S étant l'aire de la surface d'échange. On cherche à réduire cette résistance thermique, or la surface S étant généralement imposée, on cherche donc à augmenter h. L'augmentation de h peut être obtenue par structuration de la surface. Dans le cas d'applications à forts flux de chaleur, on cherche à retarder l'apparition du flux critique d' ébullition, qui correspond à l'apparition d'un film de vapeur sur la surface, et au-delà duquel l'échange thermique se dégrade considérablement. Il y a alors surchauffe de la surface qui peut mener à sa destruction. Or, il a été constaté que des surfaces ayant des propriétés de grande mouillabilité, offraient des très bonnes performances de transfert thermiques en ébullition. Cette constatation a été exposée dans le document : Y. Takata, S Hidaka, JM Cao, T. Nakamura, H. Yamamoto, M. Masuda, T. Ito, "Effect of Surface
Wettability on boiling and evaportation", in Energy 30
(2005) 209-220, le document : S. Ujereh, T. Fisher, I.
Mudawar, "Effects of Carbon Nanotube Arrays on Nucleate
Pool Boiling" in Int. J. of Beat and Mass Transfer 50(2007) 4023-4038 et dans le document S. Kim, H. Kim H. D., Kim, S. Ahn, M. H. Kim, J. Kim and G. C. Park, "Expérimental Investigation of Critical Heat Flux Enhancement by Micro/Nanoscale Surface Modification in Pool Boiling", ICNMM2008, June 23-25, 2008, Darmstadt, Germany. En effet il a été constaté que, lorsque l'angle de contact des gouttes de liquide sur une surface était proche de 0°, le coefficient d'échange thermique était nettement amélioré.
La réalisation de surfaces offrant une bonne mouillabilité peut être obtenue par le dépôt de petites particules sur ladite surface, par exemples des particules nanométriques, appelées également nanoparticules t, ces particules offrant de bonnes propriétés de mouillabilité vis-à-vis du fluide mis en œuvre dans l'échangeur thermique. Le dépôt de telles particules sur une surface peut être obtenu par différentes méthodes.
Un premier type de méthode consiste à déposer un film mince de particules sur la surface.
Une première méthode consiste à déposer un film dit de LANGMUIR-BLODGETT sur la surface, ce film est composé d'une monocouche ou d'une pluralité de couches de molécules amphiphiles, i.e. offrant une extrémité hydrophile et une extrémité hydrophobe . Une goutte d'un solvant contenant de telles molécules est introduite dans un bac rempli d'eau ultra-pure. Les molécules se répartissent sous la forme d'un film à la surface de l'eau. Après évaporation du solvant, l'extrémité hydrophile des molécules est orientée vers l'eau et l'extrémité hydrophobe des molécules est orientée en éloignement de la surface d'eau.
Les molécules se rassemblent de sorte à réduire l'espace entre elles et on immerge le substrat à recouvrir perpendiculairement à la surface de l'eau. Le film de molécule adhère au substrat du fait de la pression capillaire. Il est alors possible d'empiler plusieurs dizaines de films. Cette technique est relativement complexe et longue à mettre en œuvre. Par ailleurs, elle ne s'applique qu'aux substrats offrant une surface plane, ou pour le moins aux surfaces offrant une configuration relativement simple.
On peut également utiliser le dépôt chimique en phase vapeur (CVD en terminologie anglo- saxonne pour Chemical Vapor Déposition) , et plus particulièrement le procédé MOCVD (Métal Organic Chemical Vapor Déposition) le dépôt chimique en phase vapeur d'organo-métalliques, ou le PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition) le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Ces procédés s'appliquent à des substrats dont les surfaces à recouvrir sont ouvertes et de taille limitée.
Par exemple, le MOCVD et le PECVD ne s'appliquent qu'aux substrats dont le diamètre est inférieur à 25 cm. En effet, il est difficile de contrôler l'homogénéité du dépôt sur des surfaces de taille importante.
Par ailleurs ces procédés nécessitent des températures de dépôt très élevées, comprises entre 3000C et 8000C, ce qui les rend inapplicables aux dépôts de particules sur des substrats polymères. II existe également un autre procédé pour déposer des particules sur une surface, par lequel Le dépôt est obtenu par ébullition d'une solution contenant des nanoparticules, appelée également nanofluide, à pression atmosphérique. Le dépôt de nanoparticules à la surface du substrat est expliqué par l' évaporation du microfilm liquide développé en dessous de chaque bulle de vapeur, ce nanofluide contenant des nanoparticules.
Ce procédé est décrit dans le document S. J. Kim, I. C. Bang, J Buongiorno, L. W. Hu, "Surfaces Wettability Change during Pool Boiling of Nanofluides and its effect on Critical Heat Flux", Int. J. Heat and Mass Transfer 50 (2007) 4105-4116.
Ce procédé peut s'appliquer à des substrats de forme complexe, cependant le film de nanoparticules ainsi réalisé n'adhère pas de manière suffisante sur le substrat, le film pouvant être facilement détruit.
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un procédé de dépôt de particules de petites tailles, plus particulièrement de nanoparticules, simple et pouvant s'appliquer à des surfaces de formes complexes .
C'est également un but de la présente invention d'offrir des échangeurs thermiques d'efficacité améliorée.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
Les buts précédemment énoncés sont atteints par la nanostructuration de la surface d'un substrat obtenue par le dépôt de nanoparticules en mettant en contact la surface à recouvrir avec un nanofluide, la surface à recouvrir étant également chauffée, le nanofluide étant maintenu sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, de sorte que le dépôt s'effectue par ébullition. La mise sous pression du nanofluide a pour effet d'augmenter la température d' ébullition, ce qui permet d'augmenter la température à laquelle le nanofluide peut être chauffé, améliorant ainsi l'adhérence du dépôt sur la surface. En d'autres termes, les conditions du dépôt sont telles qu'elles permettent un dépôt sous une température d' ébullition élevée supérieure à la température d' ébullition standard. Ces températures permettent cependant d'effectuer des dépôts sur des substrats en polymère.
En agissant sur la température d' ébullition du nanofluide, la tenue du dépôt de nanoparticules est nettement améliorée. La température d' ébullition correspond à la température de saturation, cette température dépend de la pression. Par exemple, on applique une pression au nanofluide de sorte que sa température d'ébullition soit comprise entre 1500C et 2000C.
De manière avantageuse, la durée de la phase de dépôt est supérieure à 10 mn, améliorant de manière considérable l'homogénéité du dépôt de nanoparticules .
Dans une variante de réalisation, des zones discrètes du substrat sont chauffées afin d'effectuer des structurations localisées et non une structuration totale de la surface du substrat.
La présente invention a alors principalement pour objet un procédé de dépôt de particules nanométriques sur au moins une partie de la surface d'un substrat comportant les étapes : a) chauffage d'un liquide contenant lesdites particules de taille nanométrique à une température proche de sa température d'ébullition, b) chauffage de ladite au moins une partie de la surface du substrat à une température sensiblement égale à ladite température d'ébullition, c) mise en contact du liquide avec la surface, d) ébullition du liquide sur ladite surface à une température supérieure à sa température d'ébullition standard, provoquant le dépôt des dites nanoparticules sur la surface, dans lequel lesdites étapes a) , b) et c) ont lieu sous une pression supérieure à la pression atmosphérique. De manière avantageuse, l'étape c) est réalisée par écoulement du liquide le long de la surface, l'écoulement du liquide le long de la surface ayant lieu à une vitesse faible, par exemple inférieure ou égale à 0,1 m/s
Par exemple, la pression appliquée est comprise entre 5 bars et 10 bars, de sorte à avoir une température d'ébullition du fluide comprise entre 1500C et 2000C. La concentration de particules dans le liquide est, par exemple comprise entre 0,01 % et 1% en masse.
Les particules déposées peuvent être du TiO2, du SiO2, du alpha-Al2O3, du gamma-Al2O3, de la boehmite AlO(OH), de la gibbsite Al (OH) 3), du ZrO2, du HfO2, du SnO2, du Sb2O5, du Ta2O5, du Nb2O5, du ZnO et/ou de l'argent, et le fluide est de l'eau ou de l'éthylène glycol .
Dans une variante de réalisation, la surface est chauffée au niveau de zones discrètes.
La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation de surface d'échange thermique pour un échangeur thermique mettant en œuvre le procédé selon la présente invention, les particules déposées étant des particules offrant des propriétés de bonne mouillabilité vis-à-vis du fluide d'échange thermique destiné à être mis en œuvre dans l' échangeur thermique .
Dans une exemple de réalisation, on effectue, préalablement au dépôt des particules présentant une bonne mouillabilité, une première phases comportant les étapes a) , b) et c) , les particules étant des particules présentant une faible mouillabilité vis-à-vis dudit fluide d'échange thermique, de sorte à former une couche de particules de faible mouillabilité entre le substrat et la couche de particules à bonne mouillabilité.
La présente invention a également pour objet un dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique sur au moins une partie de la surface d'un substrat, comportant une première enceinte destinée à contenir un liquide chargé avec lesdites particules de taille nanométrique à déposer, la première enceinte étant sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et comportant des moyens de chauffage dudit liquide aptes à porter le liquide à sa température d' ébullition, une deuxième enceinte pressurisée à une pression sensiblement égale à celle de la première enceinte, à l'intérieur de laquelle a lieu le dépôt des dites nanoparticules, des moyens de chauffage étant prévus pour chauffer la au moins une partie de la surface du substrat à ladite température d' ébullition, la première enceinte étant connectée à la deuxième enceinte pour permettre l'alimentation de la deuxième enceinte avec le liquide porté sensiblement à sa température d' ébullition, de sorte que le liquide entre en ébullition lorsqu' il est en contact de ladite au moins une partie de la surface chauffée .
Dans un exemple avantageux, la deuxième enceinte est formée au moins partiellement directement par le substrat, ledit substrat délimitant un canal avec deux extrémités ouvertes, le dépôt ayant lieu sur au moins une partie de la surface du canal, et au moins l'une extrémité étant destinée à être connectée à la première enceinte. Le dispositif selon l'invention peut comporter une deuxième connexion pour renvoyer le liquide dans la première enceinte après son passage dans la deuxième enceinte, de sorte à former un circuit fermé, l'ensemble du circuit étant pressurisé. Dans un exemple de réalisation, la première et la deuxième enceinte sont confondues.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comporter des moyens pour faire circuler à faible vitesse le liquide le long de la surface du substrat, par exemple une pompe hydraulique
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels : - les figures IA à IC sont des représentations schématiques des étapes de dépôt du procédé selon la présente invention,
- la figure 2 est une représentation schématique d'un exemple de mise en œuvre du procédé selon la présente invention,
- la figure 3A est une représentation schématique d'une variante de réalisation d'une structuration pouvant être obtenue par le procédé selon la présente invention, - la figure 3B est une vue agrandie de la figure 3A,
- les figures 4A à 4D sont des représentations schématiques de différents exemples de surfaces pouvant être structurées grâce au procédé selon la présente invention,
- la figure 5 est une représentation schématique d'une surface structurée, de manière discrète, grâce au procédé selon la présente invention,
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le procédé de dépôt de nanoparticules qui va être décrit ci-dessous peut être utilisé pour réaliser des dépôts sur tous types d'objets ayant des fonctions diverses. Une application avantageuse de telles surfaces est l'échange thermique, mais la présente invention n'est en aucun cas limitée à une telle application.
Sur les figures IA à IC, on peut voir les étapes du procédé selon la présente invention appliqué à un substrat 2 muni d'une surface 4 sur laquelle on souhaite déposer des particules 6 de taille nanométrique, désignées par la suite nanoparticules.
Selon la présente invention, on utilise une solution liquide contenant les nanoparticules 6, appelée par la suite nanofluide 8.
Cette solution est mise en contact avec la surface 4 du substrat 2. Le nanofluide 8 est porté à une température proche de sa température d'ébullition et avantageusement légèrement inférieure à sa température d'ébullition, le substrat 2 est également chauffé sensiblement au dessus de la température d' ébullition .
Selon la présente invention, on cherche à effectuer le dépôt sous une température d' ébullition la plus haute possible. Pour cela, d'une part on choisit un liquide dont la température d' ébullition standard est élevée, et d'autre part on met le nanofluide 8 sous pression, afin d'augmenter la température d' ébullition du nanofluide 8, de sorte qu'elle soit supérieure à sa température d' ébullition standard. L'expression « sous pression » signifie, dans la présente demande, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.
En effet, les inventeurs ont constaté que l'adhérence de la couche de nanoparticules déposée était augmentée en augmentant la température à laquelle le dépôt avait lieu. La température élevée modifie la structure du dépôt effectué en regard de l'art antérieur et améliore de manière sensible l'adhérence des nanoparticules sur la surface 4. En effet, selon les inventeurs, la température élevée permet une cristallisation in situ et augmente les forces de Van der Waals entre le substrat et les nanoparticules.
Des bulles de vapeur 9 sont présentes dans le nanofluide 8, comme cela est schématisé sur la figure IA. Le liquide, dans lequel les nanoparticules 6 sont dispersées, s'évapore comme cela est schématisé sur la figure IB, les nanoparticules adhèrent alors à la surface 4 du substrat 2, et forment une couche de nanoparticules 10 (figure IC) . L'épaisseur de la couche de nanoparticules 10 peut être calculée à partir de la relation suivante :
S = - S0 In(I - kt) I k (I)
avec S0 la vitesse de dépôt initiale (en m/s) donnée par la relation (III) suivante, t le temps d'ébullition en seconde et k une constante définie par la relation (II) suivante : k = Qeva— (II)
avec Qeva est le flux de chaleur servant à évaporer le liquide en W/m2.
S ≈ -3 8^ (ni)
2 Dt,P,HIq avec φ la concentration volumique des nanoparticules dans le fluide, Q le flux de chaleur surfacique en W/m, pg la masse volumique en phase gazeuse en kg/m3 et Hfg la chaleur latente pour passer de la phase liquide à la phase vapeur.
Le matériau des nanoparticules est par exemple du TiO2, SiO2 ou bien encore du alpha-Al2O3, du gamma-Al2O3, de la boehmite AlO(OH), de la gibbsite Al (OH) 3), du ZrO2, du HfO2, du SnO2, du Sb2O5, du Ta2O5, du Nb2O5, du ZnO et/ou de l'argent, et le liquide les contenant peut être, par exemple de l'eau ou de l'éthylène glycol. La pression du nanofluide est telle que la température d'ébullition du liquide est comprise entre 1500C et 2000C, la pression est alors comprise entre 5 bars et 10 bars. Sur la figure 2, on peut voir un exemple d'un dispositif 12 de mise en œuvre du procédé selon la présente invention appliqué au dépôt de nanoparticules sur la surface intérieure 4 d'un tube 2. Le dispositif 12 comporte une première enceinte 14 dans laquelle le nanofluide 8 est destiné à être porté à ébullition sous pression, la première enceinte 14 est donc équipée de moyens de chauffage représentés de manière schématique et désignés par la référence 16 et des moyens de pressurisation représentés de manière schématique et désignés par la référence 18.
De manière avantageuse, un système d'agitation 19 est prévu dans la première enceinte 14 pour garantir une concentration sensiblement homogène en particules du nanofluide qui sera injecté pour effectuer le dépôt.
Le dispositif comporte également une deuxième enceinte 20 dans laquelle a effectivement lieu le dépôt, un conduit 21 est prévu entre la première enceinte 14 et la deuxième enceinte 20 pour amener le nanofluide sensiblement à sa température d' ébullition sous pression à l'intérieur de la deuxième enceinte 20.
La solution comprenant les nanoparticules « prêtes à être déposées » est introduite dans la deuxième enceinte 20. Les nanoparticules ont été réalisées préalablement et ajoutées à une solution pour former le nanofluide.
Dans l'exemple représenté, la deuxième enceinte 20 est formée directement par le tube à traiter . Une pompe 26 pour amener le nanofluide de la première enceinte 14 vers la deuxième enceinte 20 peut être prévue.
Par ailleurs, un conduit 22 est également prévu entre la deuxième enceinte 20 et la première enceinte 14 ramenant le fluide du tube à l'enceinte 14. Le dispositif de dépôt comporte également des moyens de chauffage 24 du substrat dans la deuxième enceinte, dans le cas particulier représenté, les moyens de chauffage sont externes à la première enceinte formée directement par le tuyau à recouvrir.
Ces moyens de chauffage 24 peuvent être de tout type, par exemple ils peuvent être électriques, par couplage électromagnétique, indirect par un échangeur de chaleur au moyen d'un fluide. On peut même prévoir de disposer le tube, et plus généralement le substrat dans un four. Tout autre type de chauffage connu de l'homme du métier est applicable.
A titre d'exemple, la concentration en nanoparticules du fluide peut être comprise entre 0,01% et 1% en masse.
La pression au sein de la première enceinte 14 est comprise entre 5 bars et 10 bars et la température d'ébullition est comprise entre 1500C et 2000C.
Le flux de chaleur appliqué au tube est compris entre 0.1 W/cm2 et 100 W/cm2.
Nous allons maintenant expliquer le dépôt de nanoparticules selon la présente invention. Le nanofluide est chauffé à sa température d'ébullition Te sous 5 à 10 bars dans l'enceinte 14 Le tube 2 est chauffé sensiblement à ladite température d'ébullition Te.
Lorsque la nanofluide est à une température légèrement inférieure à sa température d'ébullition, il est envoyé dans le tube 2 chauffé, au moyen de la pompe 26.
De manière avantageuse, le nanofluide est injecté à très faible vitesse dans le tube pour assurer une concentration constante du fluide à l'intérieur du tube sur toute sa longueur et donc un dépôt plus homogène toute le long du tube. La vitesse d'écoulement du nanofluide est de l'ordre de 0,1 m/s. Cette circulation présente l'avantage d'assurer l'évacuation des bulles de vapeur générées au sein du nanofluide.
De manière avantageuse, on fait circuler du nanofluide pendant au temps prolongé, avantageusement au moins 10 min pour améliorer l'homogénéité de la couche déposée. En effet, il a été constaté que plus la durée du dépôt est longue, plus la couche déposée présentait une structure homogène.
Dans l'exemple représenté, le dispositif fonctionne en boucle fermée, le nanofluide après son passage dans le tube est renvoyé dans l'enceinte, pour être ensuite réinjecté dans le tube. Dans l'enceinte, le nanofluide est à nouveau chauffé. On peut prévoir de recharger le fluide en nanoparticules . Le fonctionnement en boucle fermée permet de réaliser une installation entièrement sous pression, ce qui simplifie sa réalisation, notamment au niveau des étanchéités. Mais il est bien entendu qu'un dispositif avec un circuit ouvert ne sort pas du cadre de la présente invention.
Dans le cas où l'on souhaite réaliser des surfaces d'échange thermique pour des échangeurs thermiques, on peut réaliser des dépôts de nanoparticules offrant des bonnes propriétés de mouillabilité vis-à-vis du fluide qui sera mis en œuvre dans l'échangeur thermique. Dans le cas où le fluide mis en œuvre est l'eau, les nanoparticules présentent des propriétés hydrophiles. L'expression « des nanoparticules offrant des bonnes propriétés de mouillabilité vis-à-vis d'un fluide » signifie que le matériau, dont sont composées les nanoparticules, formant une surface plane, offre lui-même des bonnes propriétés de mouillabilité vis-à-vis de fluide, i.e. l'angle de contact entre la bord extérieur d'une goutte de fluide et la surface plane est inférieur à 90°. Dans le cas de l'eau, la surface est dite hydrophile. La faible mouillabilité signifie que l'angle de contact entre une goutte de fluide et la surface plane est supérieur à 90°
Mais il est bien entendu que l'on peut déposer des nanoparticules ayant tout type de propriété . D'ailleurs, dans une variante du procédé qui est représenté sur les figures 3A et 3B où l'on souhaite réaliser une surface d'échange particulièrement efficace, on effectue un dépôt d'une première couche 28 de nanoparticules peu ou pas mouillantes et un dépôt d'une deuxième couche 30 recouvrant la première couche 28 de nanoparticules très mouillantes .
On réalise donc, dans le cas où le fluide utilisé dans l'échangeur thermique est de l'eau ou une solution aqueuse, une première couche 28 hydrophobe déposée sur le substrat et une deuxième couche hydrophile 30 déposée sur la première couche 28. Comme cela est schématisé sur la figure 3B, les germes de vapeur 27 apparaissent avec une énergie moindre du fait de la couche hydrophobe 28, tout en offrant des propriétés excellentes des surfaces très mouillantes grâce à la couche hydrophile 30. En effet, la couche hydrophile 30 facilite le détachement des bulles de vapeur 9 et le remouillage de la surface. Cette structuration permet donc d'avoir une énergie pour initier la nucléation plus faible que dans le cas d'une structuration obtenue uniquement à l'aide de nanoparticules mouillantes.
Les figures 4A à 4D sont des représentations schématiques de différentes formes de pièces dont une partie des surfaces peut être traitée grâce au procédé selon la présente invention. On peut voir que des surfaces de forme complexe, de type fermé, peuvent être structurées simplement par la présente invention.
Sur la figure 4A, il s'agit d'un substrat plan muni d'une surface plane 102.
Sur la figure 4B, il s'agit d'un tube, dont la structuration de la surface intérieure a été décrite en relation avec la figure 2. Sur la figure 4C, le substrat 202 à la forme d'une pyramide tronquée à base carrée creuse.
Sur la figure 4D, le substrat 302 a la forme d'un contenant de type ballon muni d'un orifice. Les flèches Q symbolisent le flux thermique auquel est soumis le substrat en vu du dépôt.
De manière avantageuse, les pièces délimitant un canal, dont la surface est destinée à être structurée, sont particulièrement adaptées au dépôt suivant le dispositif de la figure 1.
Le procédé décrit en relation avec la figure 2 permet avantageusement d'utiliser directement le tube comme enceinte pressurisée à l'intérieur de laquelle on effectue le dépôt, ce qui simplifie le dispositif et permet de s'affranchir, au moins partiellement, des problèmes de tailles des substrats à traiter .
Dans le cas d'un substrat de forme ouverte, le dispositif dispose d'une deuxième enceinte distincte du substrat, celui-ci étant disposé dans la deuxième enceinte. Dans ce cas, une structuration aura lieu sur toutes les surfaces du substrat accessibles au nanofluide .
Un dispositif de dépôt comportant une seule enceinte pressurisée dans laquelle le nanofluide est chauffé à sa température d'ébullition et dans laquelle le substrat est plongé et chauffé est également envisageable. Dans ce cas, le dépôt de nanoparticules a lieu sur toutes les surfaces du substrat accessibles au nanofluide. Le dispositif de la figure 2 est particulièrement adapté à la structuration de surfaces fermées et présente l'avantage de structurer des substrats de tailles quelconques, puisque celles-ci ne sont pas limitées par la taille d'une installation dans laquelle le substrat devrait être introduit.
En outre, il est possible d'effectuer le dépôt sur différents types de matériaux puisque la température d'ébullition du nanofluide est ajustable en modifiant la pression régnant dans le dispositif, et ceci en fonction du matériau. On peut donc envisager d'effectuer des dépôts sur des polymères, par exemple du PC (polycarbonate) ou du PEEK (Polyetheretherketone) , du PEI (Polyetherimide) , du PSU (Polysulfone) , du PPSU (Polyphénylsulfone) , du PA (Polyamide), du POM (Polyoxyméthylène) , du PBI (Polybenzimidazole) , du PPS (Sulfure de polyphénilène) sur de matériaux métalliques.
En outre, le procédé selon l'invention permet d'effectuer des dépôts plus rapides et plus homogènes que dans le cas de dépôt à pression atmosphérique .
Par ailleurs, le dépôt obtenu grâce à l'invention est poreux, ce qui a pour effet d'augmenter la surface spécifique, qui est favorable au remouillage dans le cas d'un échangeur thermique.
La porosité du dépôt est comprise entre 25% et 80%, et avantageusement de l'ordre de 40%.
La porosité du dépôt obtenu selon l'invention est également favorable dans le cas, par exemple de nanoparticules utilisées en tant que catalyseur. On peut utiliser des nanoparticules ayant le rôle de catalyseur comme Pd, Pt, Ni, CeO ou réaliser le support sous forme nanoporeuse pour y déposer des particules de catalyseur. Dans les exemples décrits précédemment, on cherche à réaliser un dépôt uniforme et continu sur une surface d'un substrat. Mais, grâce à l'invention, il est également possible de réaliser, de manière très simple, une structuration discrète d'une surface, comme cela est représenté sur la figure 5. La surface du substrat comporte des zones 32 que l'on souhaite recouvrir d'une couche de nanoparticules et des zones 34 que l'on souhaite ne pas recouvrir de nanoparticules. Pour cela, il suffit de ne chauffer que les zones 32 où l'on souhaite effectuer un dépôt de nanoparticules. On applique alors des flux de chaleur Q dans des zones 32, tout en faisant circuler le nanofluide bouillant à la fois sur les zones chauffées 32 et les zones non chauffées 34. Le dépôt s'effectue alors de manière locale au niveau des zones chauffées 32.
Des essais ont été effectués pour montrer l'efficacité du procédé selon la présente invention sur l'adhérence des particules sur le substrat.
Les essais ont consisté à effectuer des dépôts de nanoparticules sur une surface chauffée à partir d'une goutte de nanofluide. Dans le cas présent, il s'agit de Siθ2 dans de l'eau. Le substrat est en aluminium. Des dépôts à trois températures de chauffage du substrat et du nanofluide ont été effectués, 800C, 1100C et 175°C. Les nanoparticules se déposent sur la surface du substrat. Une abrasion d'une partie de la surface est ensuite effectuée au moyen d'un appareil appelé le « Taber 5750® ».
Visuellement il a été observé que plus la température est élevée, plus le dépôt est homogène.
L' adhérence des particules déposées a été mesurée par mesure du profil des surfaces abrasées et non abrasées au moyen d'un profilomètre, le pourcentage de particules enlevées par l'abrasion pour chaque température est rassemblé dans le tableau ci-dessous :
Figure imgf000023_0001
On constate donc que, plus la température de dépôt est élevée plus l'adhérence des nanoparticules sur le substrat est bonne.
Le procédé de dépôt selon la présente invention est particulièrement adapté à la réalisation d' échangeurs thermiques diphasiques, de thermosiphons diphasiques, de caloducs et pour effectuer des traitements hydrophile ou hydrophobe de surfaces.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de dépôt de particules nanométriques sur au moins une partie de la surface d'un substrat comportant les étapes : a) chauffage d'un liquide contenant lesdites particules de taille nanométrique à une température proche de sa température d' ébullition, b) chauffage de ladite au moins une partie de la surface du substrat à une température sensiblement égale à ladite température d' ébullition, c) mise en contact du liquide avec la surface, d) ébullition du liquide sur ladite surface à une température supérieure à sa température d' ébullition standard, provoquant le dépôt des dites nanoparticules sur la surface, dans lequel lesdites étapes a) , b) et c) ont lieu sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.
2. Procédé de dépôt selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) est réalisée par écoulement du liquide le long de la surface.
3. Procédé de dépôt selon la revendication précédente, dans lequel l'écoulement du liquide le long de la surface a lieu à une vitesse inférieure ou égale à 0,1 m/s
4. Procédé de dépôt selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la pression appliquée est comprise entre 5 bars et 10 bars, de sorte à avoir une température d'ébullition du liquide comprise entre 1500C et 2000C.
5. Procédé de dépôt selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la concentration de particules dans le liquide est comprise entre 0,01 % et 1% en masse.
6. Procédé de dépôt selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les particules sont du TiO2, du SiO2, du alpha-Al2O3, du gamma-Al2O3, de la boehmite AlO(OH), de la gibbsite Al (OH) 3), du ZrO2, du HfO2, du SnO2, du Sb2O5, du Ta2O5, du Nb2O5, du ZnO et/ou de l'argent, et le liquide est de l'eau ou de l'éthylène glycol.
7. Procédé de dépôt selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la surface est chauffée au niveau de zones discrètes.
8. Procédé de réalisation de surface d'échange thermique pour un échangeur thermique mettant en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, les particules déposées étant des particules offrant des propriétés de bonne mouillabilité vis-à-vis du fluide d'échange thermique destiné à être mis en œuvre dans l' échangeur thermique.
9. Procédé de réalisation de surface d'échange thermique pour un échangeur thermique selon la revendication précédente, dans lequel on effectue, préalablement au dépôt des particules présentant une bonne mouillabilité, une première phases comportant les étapes a) , b) et c) , les particules étant des particules présentant une faible mouillabilité vis-à-vis dudit fluide d'échange thermique, de sorte à former une couche de particules de faible mouillabilité entre le substrat et la couche de particules à bonne mouillabilité .
10. Dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique sur au moins une partie de la surface (4) d'un substrat (2), comportant une première enceinte (14) destinée à contenir un liquide (8) chargé avec lesdites particules (6) de taille nanométrique à déposer, la première enceinte
(14) étant sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et comportant des moyens de chauffage
(16) dudit liquide aptes à porter le liquide à sa température d' ébullition, une deuxième enceinte (20) pressurisée à une pression sensiblement égale à celle de la première enceinte (14), à l'intérieur de laquelle a lieu le dépôt des dites nanoparticules, des moyens de chauffage (24) étant prévus pour chauffer la au moins une partie de la surface (4) du substrat (2) à ladite température d' ébullition, la première enceinte (14) étant connectée à la deuxième enceinte (20) pour permettre l'alimentation de la deuxième enceinte (20) avec le liquide porté sensiblement à sa température d' ébullition, de sorte que le liquide entre en ébullition lorsqu' il est en contact de ladite au moins une partie de la surface chauffée.
11. Dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième enceinte (20) est formée au moins partiellement directement par le substrat (2), ledit substrat (2) délimitant un canal avec deux extrémités ouvertes, le dépôt ayant lieu sur au moins une partie de la surface du canal, et au moins l'une extrémité étant destinée à être connectée à la première enceinte (20) .
12. Dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique selon la revendication 10 ou 11, comportant une deuxième connexion (22) pour renvoyer le liquide dans la première enceinte (14) après son passage dans la deuxième enceinte (20), de sorte à former un circuit fermé, l'ensemble du circuit étant pressurisé.
13. Dispositif destiné à réaliser le dépôt de particules de taille nanométrique selon la revendication 10, dans lequel les première et deuxième enceintes sont confondues.
14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, comportant des moyens (26) pour faire circuler à faible vitesse le liquide le long de la surface du substrat, par exemple une pompe hydraulique .
PCT/EP2010/050022 2009-01-06 2010-01-05 Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procede WO2010079154A1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011544054A JP2012514689A (ja) 2009-01-06 2010-01-05 付着性が増加したナノ粒子堆積物を生成するための方法、および前記方法を実行するためのデバイス
EP10700046.5A EP2376673B1 (fr) 2009-01-06 2010-01-05 Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en uvre d'un tel procede
CN2010800082938A CN102325923A (zh) 2009-01-06 2010-01-05 具有提高的粘附性的纳米颗粒沉积物的制造方法及用于实施这种方法的装置
US13/143,242 US20110305838A1 (en) 2009-01-06 2010-01-05 Method of production of a deposit of nanoparticles with increased adhesion and device for implementation of such a method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0950036A FR2940766B1 (fr) 2009-01-06 2009-01-06 Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procede
FR0950036 2009-01-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010079154A1 true WO2010079154A1 (fr) 2010-07-15

Family

ID=40656001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/050022 WO2010079154A1 (fr) 2009-01-06 2010-01-05 Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en œuvre d'un tel procede

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110305838A1 (fr)
EP (1) EP2376673B1 (fr)
JP (1) JP2012514689A (fr)
CN (1) CN102325923A (fr)
FR (1) FR2940766B1 (fr)
WO (1) WO2010079154A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10327338B2 (en) * 2016-06-17 2019-06-18 Nanoshield Technology Co., Ltd. Method for coating a device and devices having nanofilm thereon
WO2024014380A1 (fr) * 2022-07-11 2024-01-18 京セラ株式会社 Film métallique et composant électronique

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086648A1 (en) * 2002-10-30 2004-05-06 Xiangyang Zhou Hydrothermal deposition of thin and adherent metal oxide coatings for high temperature corrosion protection
US20060093746A1 (en) * 2004-11-04 2006-05-04 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for atomic layer deposition
WO2007065446A2 (fr) * 2005-12-11 2007-06-14 Scf Technologies A/S Production de materiaux nanometriques

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6183895A (ja) * 1984-09-28 1986-04-28 Hitachi Ltd 伝熱面およびその製造方法
US6915964B2 (en) * 2001-04-24 2005-07-12 Innovative Technology, Inc. System and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation
JP5176205B2 (ja) * 2008-04-30 2013-04-03 ハリマ化成株式会社 多層配線基板の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086648A1 (en) * 2002-10-30 2004-05-06 Xiangyang Zhou Hydrothermal deposition of thin and adherent metal oxide coatings for high temperature corrosion protection
US20060093746A1 (en) * 2004-11-04 2006-05-04 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for atomic layer deposition
WO2007065446A2 (fr) * 2005-12-11 2007-06-14 Scf Technologies A/S Production de materiaux nanometriques

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. J. KIM; I.C. BANG; J BUONGIORNO; L.W. HU: "Surfaces Wettability Change during Pool Boiling of Nanofluides and its effect on Critical Heat Flux", INT. J. HEAT AND MASS TRANSFER, vol. 50, 2007, pages 4105 - 4116
S. KIM; H. KIM H.D.; KIM, S. AHN; M.H. KIM; J. KIM; G.C. PARK: "Experimental Investigation of Critical Heat Flux Enhancement by Micro/Nanoscale Surface Modification in Pool Boiling", ICNMM, June 2008 (2008-06-01), pages 23 - 25
S. UJEREH; T. FISHER; I. MUDAWAR: "Effects of Carbon Nanotube Arrays on Nucleate Pool Boiling", INT.J. OF HEAT AND MASS TRANSFER, vol. 50, 2007, pages 4023 - 4038, XP022079746, DOI: doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.01.030
Y. TAKATA; S HIDAKA; JM CAO; T. NAKAMURA; H. YAMAMOTO; M. MASUDA; T. ITO: "Effect of Surface Wettability on boiling and evaportation", ENERGY, vol. 30, 2005, pages 209 - 220, XP025263404, DOI: doi:10.1016/j.energy.2004.05.004

Also Published As

Publication number Publication date
FR2940766A1 (fr) 2010-07-09
FR2940766B1 (fr) 2011-05-27
CN102325923A (zh) 2012-01-18
EP2376673A1 (fr) 2011-10-19
US20110305838A1 (en) 2011-12-15
JP2012514689A (ja) 2012-06-28
EP2376673B1 (fr) 2016-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2311086B1 (fr) Structure d'echange thermique et dispositif de refroidissement comportant une telle structure
WO2013104620A1 (fr) Dispositif de gestion thermique passif
US10661304B2 (en) Microfluidic control surfaces using ordered nanotube fabrics
FR2956411A1 (fr) Systeme de chauffage d'une source de depot en phase vapeur
FR2973397A1 (fr) Reseau de nanotubes metalliques
EP2376673B1 (fr) Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en uvre d'un tel procede
EP0429375A1 (fr) Dispositif d'échange thermique avec film ruisselant
He et al. The flexible conical lamella: a bio‐inspired open system for the controllable liquid manipulation
WO2005075920A2 (fr) Ailette pour échangeur de chaleur et échangeur de chaleur muni de telles ailettes
EP1875502A1 (fr) Procede de realisation d'une paroi, en particulier d'un micro-echangeur thermique, et micro-echangeur thermique, comprenant en particulier des nanotubes
Lim et al. Distinctive evaporation characteristics of water and ethanol on graphene nanostructured surfaces
Di Sia et al. Anomalously enhanced subcooled flow boiling in superhydrophobic graphene-nanoplatelets-coated microchannels
Wu et al. Study of super-hydrophilic nanoscale bilayer assembly surface modification and its application to enhance evaporation
Nguyen et al. 3D-printed plasma-treated super-amphiphilic microgroove surface for outperformance of liquid vertical transportation
EP2996820B1 (fr) Procede de depot d'un film compact de particules sur la surface interieure d'une piece presentant un creux delimite par cette surface interieure
Wu et al. Generation of the smallest coffee-ring structures by solute crystallization reaction on a hydrophobic surface
Wang et al. Interfacial separation and electrochemical delamination of CVD grown multilayer graphene for recyclable use of Cu powder
Saxena et al. Fractal pattern mediated superhydrophobic glass and metallic surfaces using PTFE particles: A generalized simple approach
Lin et al. Lateral Size Scaling Effect during Discontinuous Dewetting
FR2956412A1 (fr) Vanne d'obturation a volume constant d'une source de depot en phase vapeur
EP0002996B1 (fr) Support de dispositifs actifs à l'état solide, son procédé de fabrication et son utilisation dans un dispositif de refroidissement par fluide de tels dispositifs
WO2015114519A1 (fr) Structure photonique de surface en materiau refractaire et son procede de realisation
FR3058912A1 (fr) Procede de recouvrement d'un fil par une couche de polymere
WO2010010176A1 (fr) Procede de microstructuration d'une couche de diamant
Powell et al. Hydrophilic CNT-Sintered Copper Composite Wick for Enhanced Cooling

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080008293.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10700046

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1386/MUMNP/2011

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011544054

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010700046

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010700046

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13143242

Country of ref document: US