WO2012120446A1 - Procédé de détermination d'un profil de distribution des particules d'une poudre - Google Patents

Procédé de détermination d'un profil de distribution des particules d'une poudre Download PDF

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WO2012120446A1
WO2012120446A1 PCT/IB2012/051045 IB2012051045W WO2012120446A1 WO 2012120446 A1 WO2012120446 A1 WO 2012120446A1 IB 2012051045 W IB2012051045 W IB 2012051045W WO 2012120446 A1 WO2012120446 A1 WO 2012120446A1
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particles
powder
sample
barrier
curve
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Application number
PCT/IB2012/051045
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English (en)
Inventor
Gaëtan WATTIEAUX
Laïfa BOUFENDI
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
Cilas
Universite D'orleans
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0096—Investigating consistence of powders, dustability, dustiness
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2240/00—Testing
    • H05H2240/10—Testing at atmospheric pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a distribution profile and more particularly the specific surface distribution or size, particles of a powder by sedimentation.
  • SMPS Sccanning Mobility Particle Sizer
  • SMPS technology for measuring particles in aerosols with concentrations up to 10 particles / cm.
  • COULTER uses the effect of the condensation of water vapor on the surface of the nanoparticles to make them more "visible” by diffusion of the laser light, this which is likely to introduce a bias on particle size.
  • the present invention relates to a method for determining a distribution profile including the specific surface distribution or size, a powder that implements sedimentation.
  • the basic idea of the invention is to generate a low-pressure cold plasma in which the powder to be measured is injected and then let the latter settle by gravity after the plasma has been extinguished.
  • the invention thus relates to a method for determining a distribution profile, in particular of the specific surface distribution or size of a powder sample by sedimentation, characterized in that it comprises:
  • a distribution profile can be obtained by passing through the particles of the sample at least one light barrier and preferably a first and a second light barrier vertically spaced from one another, a said barrier comprising a beam laser passing through a first horizontal axis, the powder sample during its displacement, and at least one photodiode arranged to receive light scattered by the particles of the sample along a second horizontal axis perpendicular to the first horizontal axis and generate at from at least one photodiode signal at least one diffusion signal curve constituting a said distribution profile and preferably a first Q and a second C 2 curve of broadcast signals from photodiode signals respectively for the first and the second second light barrier,
  • c) optionally perform a time-diameter conversion on at least one of the curves to deduce the size distribution.
  • Patent Application FR 2 943 420 implements a levitated sample in a low-pressure cold plasma, but the method described there only makes it possible to determine the average surface radius of the particles of a powder.
  • the presence of the plasma makes it possible to trap and disperse the particles before dropping them with an initial speed of zero.
  • the particles of the powder are stratified according to their size, which makes it possible to organize them before their sedimentation according to their size.
  • the pressure P typically less than 100 Pa, at which the cold plasma is generated and to which the particles remain subjected during their fall has the effect that the force acting on the particles is mainly the force of gravity and the friction force with the gas, and the rate of falling is proportional to the particle diameter and density, that is to say to its aerodynamic specific surface.
  • the method By using a device for measuring the falling speed of the particles, it is possible, if desired, to determine the distribution in particle size by performing a simple conversion sedimentation rate-size (which equates to a time-size conversion) on one or the other of the curves obtained. To determine the size distribution, the method only needs to know the density (for example density p) of the material of the particles of the powder. Otherwise, if the density p of the particles is not known, a distribution profile is obtained, for example in the form of a specific surface area (m 2 / g).
  • An advantage of the method is that the resolution in terms of size is substantially the same throughout the range of measurement, and that the separating power of the instrument is high.
  • step c is characterized in that it comprises:
  • Ci determining a first time difference ⁇ between the beginnings of the first and second curves and a second time difference ⁇ 2 between the ends of the first d and the second curved C 2 and deducing therefrom by comparison with a curve calibration the minimum and maximum values of the particle size in the plasma
  • the method is characterized in that the time-diameter conversion is carried out by determining X 0 by successive iterations in the formulas,
  • ⁇ ( ⁇ ) denotes the diameter of the particles that cross the first barrier at time t.
  • ⁇ 2 ( ⁇ ) denotes the diameter of the particles that cross the second barrier at time t.
  • X 0 being the average position of the particles trapped in the plasma; K n being a constant with, k B is the Boltzmann constant, T the absolute temperature (° K), P is the pressure in Pa and M the mass of a plasma gas atom (kg), the iteration being continued until either obtained a value of X 0 for which the diameter distribution functions obtained from the diffusion signal curves C 1 and C 2 coincide.
  • the particle size of the powder is advantageously between 10 nm and 10 ⁇ and more particularly between 100 nm and 10 ⁇ .
  • the powder sample has a mass which is advantageously comprised in 1 ⁇ g and 1 mg and more particularly in the range 10 g to 100 ⁇ g.
  • the method can be characterized in that the first and second light barriers comprise a laser diode emitting a light beam passing through one of the two light barriers along its first horizontal axis, and a device for returning the light beam returning it to it crosses the other light barrier along its first horizontal axis.
  • each of the first and second light barriers may have a laser diode emitting a light beam along the first horizontal axis.
  • the method may be characterized in that the measurement chamber comprises a transparent vertical cylindrical tube outside of which at least one said light beam is generated and outside which are arranged the photodiodes of the first and second barrier light.
  • the invention also relates to a device for implementing the method as defined below, characterized in that it comprises:
  • a radiofrequency generator for supplying said electrodes and generating a plasma
  • At least one property-sensitive barrier of the particles of the powder and generating a signal representative of said property of the powder particles for example a laser beam light barrier, the laser beam propagating along a first horizontal axis, through the powder sample during its sedimentation, and at least one photodiode arranged to receive the light diffused by the particles of the sample during its sedimentation to generate said signal;
  • a control module to activate or not the radio frequency generator and to collect said signal.
  • FIGS. 1a-1d, 2a and 2b illustrate a device for carrying out the method, according to four steps of the method (FIGS. 1a-1d), the figure comprising in box an enlargement of the main enclosure;
  • FIGS. 3a to 3c show scattering signals received by the photodiode of the first light barrier (3 a), by the second light barrier (3b) and the resulting distribution function (3c).
  • Sedimentation is a technique that allows the object to be observed under the effect of gravity and interaction with the surrounding environment. For small particles, this last effect can considerably lengthen the fall time.
  • the action of a plasma generated by low pressure electric discharge in a gas is used here to trap and disperse the particles before dropping them with zero initial velocity.
  • This method makes it possible to obtain the particle size distribution function by knowing their density.
  • the measurement dynamics of this method extends to particle sizes ranging from a few nanometers to a few micrometers.
  • the resolution in size (the separating power) of this method can be of the order of one nanometer.
  • there is no problem of deconvolution. Each class of particles is detected separately from the others because particles of different sizes are detected at different times.
  • This technique makes it possible to determine the size distribution function of a micron and submicron powder sample of the same kind.
  • the analysis is carried out at low pressure (less than 1 mbar, ie 100 Pa) and its duration is less than five minutes for nanometric particles.
  • n, m, va, and v respectively represent the concentration of the gas, the mass of one of its atoms, their average thermal stirring speed and the speed of the gas flow.
  • K is a constant which characterizes the gas.
  • Vp F n " ⁇ where p is the density of the particle.
  • the sedimentation rate of a spherical particle is proportional to its size.
  • the sedimentation rate is between a few hundred micrometers per second and a few centimeters per second for particles between 1 nm and 1 ⁇ in diameter.
  • a pressure of 20 Pa there is a speed of 11 cm / s for particles of 3 ⁇ in diameter.
  • plasma is a new dispersive medium.
  • the presence of the plasma makes it possible to accumulate levitated particles above an enclosure, for example a glass flask 1.5 cm in diameter and 5 cm in height.
  • the effect of the ionic force at the edge of the sheath makes it possible to organize the particles of the powder according to their size. The largest particles are at the bottom of the trapped cloud and the smaller ones are at the top of the trapped cloud.
  • a "lidar" -like system is used. More precisely, it is a question of analyzing the time difference and the dispersion of the diffusion of the particles at the level of two laser barriers spaced from each other by a vertical distance L for example of 2 cm and placed perpendicular to the vertical trajectory of the particles. sediment particles. The particle property that is detected by this barrier is the scattering of light by the particles.
  • the method according to the invention has a significant advantage in terms of particle size. It makes it possible to separate well the clusters of particles and the isolated particles because their instants of detection are different. Thus, light scattering by large particles can not mask the scattering of light by smaller particles that can be detected in a sample where they are mixed with the larger particles.
  • the clusters of particles can be isolated and removed from the measurement if necessary, because their sedimentation rate is much higher than that of the non-agglomerated particles of the powder.
  • the device represented in the figures comprises a first enclosure E in which a cold plasma 2 is generated between two upper and lower electrodes 1 and 10.
  • the plasma is generated for example by a DC voltage generator or by means of a generator. , at a frequency which preferably does not exceed 100 MHz and which is for example between 1 MHz and 100 MHz.
  • the generator is connected to the electrode 1 (as shown) or to the electrode 10, the other electrode being brought to a ground potential.
  • the lower electrode 10 of the enclosure 1 comprises an opening 11, for example 16 mm in diameter, which can be in communication with a second enclosure 4, for example a glass tube 25 mm in diameter and 40 mm in height, whose wall cylindrical 41 of vertical axis is traversed by a radius 50 generated by a laser 5 if one uses this particular means of measuring the sedimentation rate.
  • This laser has a wavelength for example between 300 nm and 10 ⁇ and a power of between 1 mW and 1 W.
  • This ray 50 is horizontal and is located at an edge Xi.
  • the first E and the second 4 speakers form an autonomous measuring device or they can be placed in an enclosure carried at the pressure P, for example an enclosure of an industrial production unit.
  • the first speaker E can be reduced to two electrodes 1 and 10, flat or not, and the second speaker can be removed.
  • the laser beam 50 is returned by two prisms inclined at 45 ° referenced 51 and 52 to produce a radius 54 parallel to the radius 50 and located at a X 2 coast vertically separated from the coast Xj by a distance L (for example 2 cm).
  • the ray 50 constitutes with a photodiode 53 the first optical barrier.
  • the ray 54 constitutes with a photodiode 56 the second optical barrier.
  • the photodiodes 53 and 56 are arranged to receive light scattered by the particles. They are arranged at the same side as the spokes 50 and 53, namely Xi for the laser beam 50 and the photodiode 53, and X 2 for the beam 54 and the photodiode 56, and preferably they are oriented to receive the scattered light perpendicular to the spokes 50 and 53 (axes 50 'and 53' in Figure 2b).
  • the plasma 2 is activated.
  • a cloud 3 of particles is formed at the lower part thereof in the vicinity of the opening 11, the diameter of which is, for example, 16 mm, where a geostatic potential well is produced by geometry. advantageously between 5 mm and 20 mm.
  • the speakers E and 4 being in communication, their pressures are the same, ie less than 100 Pa and in particular between 10 Pa and 100 Pa, and more particularly between 25 Pa and 50 Pa. It will be noted that according to the invention, in fact, it It is remarkable that the appropriate pressure range for maintaining the cold plasma in levitation and the one that allows measurement by sedimentation is the same.
  • the particles reach their equilibrium speed very quickly and as it is proportional to the particle size, the particles of the cloud now referenced 31 which cross the light beam 50 are ordered with the largest particles at the bottom of the cloud and the thinnest particles in the upper part of the cloud, especially since the particles have already been organized in this way as a function of the aforementioned effect of the ionic force at the edge of the sheath.
  • the diffusion signal curve Ci is obtained at the passage of the first optical barrier (FIG. 1a) at the terminals of the photodiode 53.
  • the diffusion signal curve Ci is obtained at the terminals of the photodiode 53.
  • the diffusion signal curve C 2 At the passage of the second optical barrier (FIG. 1d) by the cloud of particles now referenced 32, obtains at the terminals of the photodiode 56 the diffusion signal curve C 2 .
  • Each of the curves Ci and C 2 represents a distribution profile, according to the diameter of the particles, but in arbitrary units.
  • Each photodiodes provides as a function of time t, a diffusion signal proportional to the number of particles that cross the barrier.
  • the number N of particles can be obtained by calibration, but this is optional.
  • the cloud Due to the difference in equilibrium speed between the largest particles and the smallest particles, the cloud widens progressively from the initial cloud 30 to the cloud 32 via the cloud 31.
  • the position X 1 of the first barrier is chosen so that the distance D (for example 50 mm) between the radius 50 and the bottom wall 10 is sufficient for the particles to reach their equilibrium speed.
  • An increase in the value of L increases the selectivity, but also the measurement time.
  • the sedimentation method also has the advantage of not polluting the walls of the tube and allow recovery of the sample at the bottom thereof.
  • the height of the tube 4 is thus chosen to allow all the particles to pass through the second optical barrier before being deposited at the bottom.
  • the axis of time can be transformed into the size axis for the two curves Ci and C 2 originating from the signals of the two photodiodes 53 and 56, which makes it possible to obtain the curve of FIG. 3c from the curves of FIGS. / or 3b.
  • the abscissa value is the diameter ⁇ of the particles and the value in ordinate is proportional to the numbers N of particles, and indeed, the expression of the velocity V D sedimentation of a particle of diameter ⁇ and density p is given by:
  • curve C denotes the diameter of the particles that cross the first barrier at time t.
  • ⁇ 2 ( ⁇ ) denotes the diameter of the particles that cross the second barrier at time t.
  • each signal from a photodiode can be plotted as a function of particle size.
  • L we can determine Xo by successive iterations from an initial value of X 0 , until the two curves Q and C 2 correspond to the same size distribution curve. The closer we get to the good value of Xo, the closer the size distributions from Ci and C 2 are. This superposition is like a triangulation.
  • curve 3c can be obtained from curve 3a or preferably curve 3b.
  • T the absolute temperature (° K)
  • M the mass (in kg) of a gas atom
  • the advantage of the sedimentation method is that the determination of the particle sizes and the size distribution function of the sample are decorated. Indeed, particles of different size are not detected at the same time, there is no need to assume the distribution function of the sample. Thus, the determination of the sizes present in the sample is independent of the theory used to describe the scattering of light.
  • the particle agglomerates cross the barriers well before the individual particles and thus before the formation of the Ci and C 2 curves proper which are representative of the distribution function.
  • the process can be carried out in a wide range of pressures, typically between 10 Pa and 100 Pa and particle size.
  • a scattering signal from isolated particles with a diameter as small as 10 nm can be obtained from illumination, in particular by a laser and for example by a blue laser (wavelength 655 nm) of power 35 mW (diode laser).
  • the high value of the particle size is limited only by the ability of the plasma to keep the particles levitated. This upper limit is of the order of 10 ⁇ .
  • a barrier laser can be used, which eliminates the prism (or mirror) return device.
  • the device according to the invention can be implemented in different ways according to the needs.
  • the simplest implementation is the implementation of a single barrier without calibration. This may be suitable for a quality control in which the appearance of the curve provided by the photodiode associated with the laser barrier is observed. If the top of the curve is moving, it is that the diameter for which the number of particles is maximum has changed. If the width of the curve varies, the standard deviation of the particle size distribution has changed.
  • the method can be implemented using a control module, for example a microprocessor, which activates the generator (to keep levitated between the electrodes the sample injected into the plasma) or deactivates it to let sediment particles of the sample, and which collects the signals of the photodiodes.
  • the control module may also include a program that manages the processing of the photodiode signals, in particular to carry out a calibration, and / or that includes in memory calibration data.

Abstract

L'invention est relative à un procédé de détermination d'un profil de distribution et notamment de la distribution en surface spécifique, ou bien en taille, poudre par sédimentation, caractérise en ce qu'il comporte : a) générer dans une enceinte principale par décharge électrique entre deux électrodes supérieure (1) et inférieure (10) un plasma froid à une pression P inférieure à 100 Pa, et plus particulièrement comprise entre 10 Pa et 100 Pa, et injecter ledit échantillon de poudre (2) b) éteindre le plasma et laisser sédimenter les particules de l'échantillon (2) à ladite pression P sous l'action de la gravité à travers une ouverture (11) de l'électrode inférieure (10) en faisant traverser par les particules de l'échantillon au moins une barrière sensible a une propriété des particules de la poudre pour générer une courbe constituant un dit profil de distribution.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D'UN PROFIL DE DISTRIBUTION DES PARTICULES D'UNE POUDRE.
La présente invention a pour objet un procédé de détermination d'un profil de distribution et plus particulièrement de la distribution en surface spécifique ou bien en taille, des particules d'une poudre par sédimentation.
Les technologies connues reposent sur la diffusion (ou la diffraction) de la lumière par les poudres en suspension dans une solution liquide où elles ont été préalablement immergées. Cette technique, avec ses diverses variantes telle que la diffusion dynamique de la lumière (dynamic light scattering) présente néanmoins limites liées à la section efficace de diffusion lorsque l'on s'intéresse à des particules dans la gamme nanométrique des tailles. En effet, en diffusion, l'intensité diffusée est proportionnelle à r6 p, rp désignant le rayon d'une particule de la poudre. Elle est par conséquent beaucoup plus sensible à la présence des agrégats.
Afin d'améliorer les performances, une autre méthode basée sur la mobilité des particules a été mise au point (TSI). Ce procédé, dénommé "Scanning Mobility Particle Sizer" (SMPS), permet de séparer les particules selon leur charge et leur mobilité électrique pour leur classification en taille. Les particules sont préalablement chargées par un procédé de décharge couronne. La technologie SMPS permettant de mesurer des particules dans les aérosols avec des concentrations allant jusqu'à 10 particules/cm . Pour rendre cette technique plus sensible dans la gamme nanométrique des tailles, la compagnie COULTER notamment utilise l'effet de la condensation de la vapeur d'eau à la surface des nanoparticules pour les rendre plus "visibles" par diffusion de la lumière laser, ce qui est susceptible d'introduire un biais sur la taille des particules.
La présente invention a pour objet un procédé de détermination d'un profil de distribution notamment de la distribution en surface spécifique ou bien en taille, d'une poudre qui met en œuvre la sédimentation.
L'idée de base de l'invention est de générer un plasma froid à basse pression dans lequel est injectée la poudre à mesurer et à ensuite laisser celle-ci sédimenter par gravité après extinction du plasma.
L'invention concerne ainsi un procédé de détermination d'un profil de distribution, notamment de la distribution en surface spécifique ou en taille d'un échantillon de poudre par sédimentation, caractérisé en ce qu'il comporte :
a) générer dans une enceinte principale, par décharge électrique entre deux électrodes supérieure et inférieure, un plasma froid à une pression P inférieure à 100 Pa, et plus particulièrement comprise entre 10 Pa et 100 Pa, et injecter ledit échantillon de poudre,
b) éteindre le plasma et laisser sédimenter les particules de l'échantillon à ladite pression P sous l'action de la gravité à travers une ouverture de l'électrode inférieure, notamment dans une enceinte de mesure disposée en dessous de l'enceinte, et générer au moins un profil de distribution en faisant traverser par les particules de l'échantillon au moins une barrière sensible à une propriété des particules de la poudre pour générer une courbe constituant un dit profil de distribution.
Par exemple, un profil de distribution peut être obtenu en faisant traverser par les particules de l'échantillon au moins une barrière lumineuse et avantageusement une première et une deuxième barrières lumineuses verticalement espacées l'un de l'autre, une dite barrière comprenant un faisceau laser traversant selon un premier axe horizontal, l'échantillon de poudre lors de son déplacement, et au moins une photodiode disposée pour recevoir de la lumière diffusée par les particules de l'échantillon selon un deuxième axe horizontal perpendiculaire au premier axe horizontal et générer à partir d'au moins un signal de photodiode au moins une courbe de signaux de diffusion constituant un dit profil de distribution et avantageusement une première Q et une deuxième C2 courbe de signaux de diffusion à partir de signaux de photodiode respectivement pour la première et la deuxième barrière lumineuse,
c) effectuer éventuellement une conversion temps-diamètre sur au moins une des courbes pour en déduire la distribution en taille.
On notera que la Demande de brevet FR 2 943 420 met en œuvre un échantillon en lévitation dans un plasma froid basse pression, mais le procédé qui y est décrit permet seulement de déterminer le rayon surfacique moyen des particules d'une poudre.
Selon l'invention, la présence du plasma permet de piéger, et de disperser les particules avant de les laisser tomber avec une vitesse initiale nulle. Les particules de la poudre sont stratifiées selon leur taille, ce qui permet de les organiser avant leur sédimentation selon leur taille. La pression P, typiquement inférieure à 100 Pa, à laquelle est généré le plasma froid et à laquelle les particules restent soumises pendant leur chute a pour effet que la force qui agit sur les particules sont principalement la force de gravité et la force de friction avec le gaz, et la vitesse de chute est proportionnelle au diamètre de la particule et à sa masse volumique, c'est-à- dire à sa surface spécifique aérodynamique. En utilisant un dispositif pour la mesure de la vitesse de chute des particules, on peut, si on le désire, déterminer la distribution en taille des particules en effectuant une simple conversion vitesse de sédimentation- taille (qui équivaut à une conversion temps-taille) sur l'une ou l'autre des courbes obtenues. Le procédé ne nécessite pour établir la distribution en taille que de connaître la densité (par exemple masse volumique p) du matériau des particules de la poudre. A défaut, si la masse volumique p des particules n'est pas connue, on obtient un profil de distribution par exemple sous la forme d'une surface spécifique (m2/g).
Un avantage du procédé est que la résolution en termes de taille est substantiellement identique sur toute l'étendue de la gamme de mesure, et que le pouvoir séparateur de l'instrument est élevé.
Selon une première variante, l'étape c est caractérisée en ce qu'elle comporte :
Ci) déterminer un premier écart de temps ΔΤι entre les débuts de la première et de la deuxième courbe et un deuxième écart de temps ΔΤ2 entre les fins de la première d et de la deuxième C2 courbe et en déduire par comparaison avec une courbe d'étalonnage les valeurs minimale et maximale de la taille des particules dans le plasma,
c2) en déduire la distribution en taille en remplaçant sur la première Ci et/ou sur la deuxième C2 courbe de signaux de diffusion, l'échelle des temps par une échelle de taille des particules.
Selon une deuxième variante, le procédé est caractérisé en ce que la conversion temps diamètre est réalisée en déterminant X0 par itéractions successives dans les formules,
- pour la première courbe Ci, on a :
0 (t) =— -î— °
n P9 t - t0
φι(ί) désigne le diamètre des particules qui franchissent la première barrière à l'instant t.
- pour la deuxième courbe C2, on a :
Figure imgf000005_0001
φ2(ΐ) désigne le diamètre des particules qui franchissent la deuxième barrière à l'instant t.
p étant la masse volumique des particules de la poudre, g = 9,81 m/s2.
X0 étant la position moyenne des particules piégées dans le plasma ; Kn étant une constante avec ,
Figure imgf000006_0001
kB étant la constante de Boltzmann, T la température absolue (°K), P la pression en Pa et M la masse d'un atome de gaz du plasma (en kg), l'itération étant poursuivie jusqu'à ce que soit obtenue une valeur de X0 pour laquelle les fonctions de distribution en diamètre obtenues à partir des courbes de signaux de diffusion C1 et C2 coïncident.
La taille des particules de la poudre est avantageusement comprise entre 10 nm et 10 μπι et plus particulièrement entre 100 nm et 10 μπι.
L'échantillon de poudre a une masse qui est avantageusement comprise en 1 μg et 1 mg et plus particulièrement entre 10 g et 100 μg.
Le procédé peut être caractérisé en ce que la première et la deuxième barrière lumineuse comportent une diode laser émettant un faisceau lumineux traversant une des deux barrières lumineuses selon son premier axe horizontal, ainsi qu'un dispositif de renvoi du faisceau lumineux renvoyant celui-ci pour qu'il traverse l'autre barrière lumineuse selon son premier axe horizontal.
En variante, chacun des première et deuxième barrières lumineuses peut présenter une diode laser émettant un faisceau lumineux selon le premier axe horizontal.
Le procédé peut être caractérisé en ce que l'enceinte de mesure comporte un tube cylindrique vertical transparent à l'extérieur duquel au moins un dit faisceau lumineux est généré et à l'extérieur duquel sont disposées les photodiodes de la première et de la deuxième barrière lumineuse.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessous, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une électrode supérieure et une électrode inférieure superposées, l'électrode inférieure étant pourvue d'une ouverture pour permettre le passage d'un échantillon à sédimenter par gravité ;
- un générateur radiofréquence pour alimenter lesdites électrodes et générer un plasma ;
- au moins une barrière sensible à une propriété des particules de la poudre et générant un signal représentatif de la dite propriété des particules de poudre, par exemple une barrière lumineuse à faisceau laser, le faisceau laser se propageant selon un premier axe horizontal, de manière à traverser l'échantillon de poudre lors de sa sédimentation, et au moins une photodiode disposée de manière à recevoir de la lumière diffusée par les particules de l'échantillon lors de sa sédimentation pour générer ledit signal ;
- un module de commande pour activer ou non le générateur radiofréquence et pour recueillir ledit signal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après, en liaison avec les dessins dans lesquels :
- les figures la à ld, 2a et 2b illustrent un dispositif pour la mise en œuvre du procédé, selon quatre étapes du procédé (figures la à ld), la figure la comportant en encadré un agrandissement de l'enceinte principale ;
- les figures 3a à 3c représentent des signaux de diffusion reçus par la photodiode de la première barrière lumineuse (3 a), par la deuxième barrière lumineuse (3b) et la fonction de distribution résultante (3c).
La sédimentation est une technique qui permet d'observer la chute d'objet sous l'effet de la gravité et de l'interaction avec le milieu environnant. Pour de petites particules, ce dernier effet peut rallonger considérablement le temps de chute. On utilise ici l'action d'un plasma généré par décharge électrique à basse pression dans un gaz, pour piéger et disperser les particules avant de les laisser tomber avec une vitesse initiale nulle.
Comme on opère à très basse pression (moins d'un millibar, soit 100 Pa), les seules forces qui agissent sur les particules sont leur poids et la force de friction avec le gaz. La vitesse de chute est alors proportionnelle au rayon de la particule. Cette vitesse est mesurée en disposant deux faisceaux laser espacés d'une distance verticale L sur le parcours des particules.
Cette méthode permet d'obtenir la fonction de distribution en taille des particules moyennant la connaissance de leur masse volumique.
En l'absence de cette dernière donnée, il est possible d'accéder directement à la fonction de distribution de la surface spécifique des particules.
La dynamique de mesure de cette méthode s'étend à des tailles de particules comprises entre quelques nanomètres et quelques micromètres. La résolution en taille (le pouvoir séparateur) de cette méthode peut être de l'ordre du nanomètre. De plus, dans le traitement des signaux enregistrés, il n'y a aucun problème de déconvolution. Chaque classe de particules est détectée séparément des autres, car les particules de tailles différentes sont détectées à des instants différents.
Cette technique permet de déterminer la fonction de distribution en taille d'un échantillon de poudre micronique et submicronique de même nature. L'analyse est réalisée à basse pression (inférieure à 1 mbar, soit 100 Pa) et sa durée est inférieure à cinq minutes pour des particules nanométriques.
Le principe de la mesure est explicité ci-après :
D'après le principe fondamental de la dynamique, la vitesse de sédimentation vp d'un solide de masse mp est donnée par l'expression : forces extérieures
Figure imgf000008_0001
A basse pression, les forces agissant sur ces solides sont la gravité, la friction du gaz et la thermophorèse. Or, dans un fluide homogène en température, cette dernière force est négligeable. Par conséquent, pour une particule de masse mp et de vitesse vp, on a:
dvp
mp ~ dJ = mpg _ Fn où g est l'accélération de la pesanteur terrestre et F„ est la force de friction du gaz à la surface de la particule (on suppose ici que ces deux forces sont colinéaires).
La force exercée par le gaz sur une particule sphérique de rayon rp et de vitesse vp est donnée par :
4
Fn = 3 T r n m vth(vp - vn)
où n, m, va, et v représentent respectivement la concentration du gaz, la masse d'un de ses atomes, leur vitesse d'agitation thermique moyenne et la vitesse du flux de gaz.
Lorsque la pression P est stable et que le flux de gaz est nul (vn = 0), on obtient l'expression suivante :
4 ,
" = 3 ΠΓΡ K"V P
où K„ est une constante qui caractérise le gaz.
Cette interprétation ne considère que des collisions élastiques entre les atomes du gaz et la surface de la particule. Expérimentalement, on constate que la force de friction est sous estimée. Cette différence est attribuée aux collisions inélastiques décrivant les échanges de gaz à la surface de la particule. Ce modèle fait intervenir un coefficient d'accommodation δ dépendant du matériau de la particule et de la pression du gaz.
Dans les présentes conditions de pression (< 100 N), on montre que ce coefficient δ reste voisin de 1 quel que soit le matériau. Ainsi, en prenant compte les collisions inélastiques, on obtient
Fn = 3™·Ρ nvp (l + δ jj) = Fn = - Ttr| K'nvp
Bin Liu et collaborateurs (Physics of Plasmas - 2003, V. 10, p. 9-20) ont expérimentalement trouvé que :
(l + δ jj) = 1,6 ± 0,2, ce qui confirme que δ est voisin de 1.
Au final, la vitesse de sédimentation stationnaire à basse pression (vitesse d'équilibre) d'une particule sphérique est donnée par : pg
Vp = F n" Γρ où p est la masse volumique de la particule.
Par conséquent, à basse pression (< 100 Pa), la vitesse de sédimentation d'une particule sphérique est proportionnelle à sa taille. Par exemple, pour une pression d'une dizaine de Pascals, la vitesse de sédimentation est comprise entre quelques centaines de micromètres par seconde et quelques centimètres par seconde pour des particules comprises entre 1 nm et 1 μηι de diamètre. Expérimentalement, pour une pression de 20 Pa, on trouve une vitesse de 11 cm/s pour des particules de 3 μηι de diamètre.
D'un point de vue granulométrique, le plasma constitue un nouveau milieu dispersif. De plus, il est possible de guider les particules piégées vers un puits de potentiel électrostatique qui est obtenu en ménageant une ouverture à la partie inférieure du récipient dans lequel est généré le plasma et plus particulièrement à travers l'électrode inférieure. Ainsi, la présence du plasma permet d'accumuler des particules en lévitation au dessus d'une enceinte, par exemple d'un flacon en verre de 1,5 cm de diamètre et de 5 cm de hauteur. L'effet de la force ionique en lisière de gaine permet d'organiser les particules de la poudre selon leur taille. Les plus grosses particules se retrouvent en bas du nuage piégé et les plus petites sont en haut de ce dernier.
Ensuite, lorsque le plasma est éteint, les poudres sédimentent à l'intérieur du flacon. Afin de déterminer la fonction de distribution en taille de l'échantillon à partir de sa vitesse de sédimentation, on utilise une ou deux barrières sensibles à une propriété (optique, électrique, etc ...) des particules de la poudre pour en détecter le passage.
Par exemple, on utilise un système analogue à un "lidar". Plus précisément, il s'agit d'analyser l'écart et la dispersion temporels de la diffusion des particules au niveau de deux barrières laser espacées entre elles d'une distance verticale L par exemple de 2 cm et placées perpendiculairement à la trajectoire verticale des particules sédimentantes. La propriété des particules qui est détectée par cette barrière est la diffusion de la lumière par les particules.
Le procédé selon l'invention présente un avantage important en termes de granulométrie. Elle permet de bien séparer les amas de particules et les particules isolées car leurs instants de détection sont différents. Ainsi, la diffusion de la lumière par les grosses particules ne peut pas masquer la diffusion de la lumière par les particules plus petites qui peuvent être détectées dans un échantillon où elles sont mélangées avec les plus grosses particules. Les amas de particules (agrégats) peuvent être isolés et éliminés de la mesure le cas échéant, car leur vitesse de sédimentation est très supérieure à celle des particules non agglomérées de la poudre.
Le dispositif représenté aux figures comporte une première enceinte E dans laquelle est généré un plasma froid 2 entre deux électrodes supérieure 1 et inférieure 10. Le plasma est généré par exemple par un générateur de tension continue, ou bien à l'aide d'un générateur, à une fréquence qui de préférence ne dépasse pas 100 MHz et qui est par exemple comprise entre 1 MHz et 100 MHz. Le générateur est connecté à l'électrode 1 (comme représenté) ou bien à l'électrode 10, l'autre électrode étant portée à un potentiel de masse.
Dans ce plasma, est disposé un échantillon 3 de poudre à analyser.
L'électrode inférieure 10 de l'enceinte 1 comporte une ouverture 11 par exemple de diamètre 16 mm qui peut être en communication avec une deuxième enceinte 4, par exemple un tube en verre de diamètre 25 mm et de hauteur 40 mm, dont la paroi cylindrique 41 d'axe vertical est traversée par un rayon 50 généré par un laser 5 si l'on utilise ce moyen particulier de mesure de la vitesse de sédimentation. Ce laser a une longueur d'onde par exemple comprise entre 300 nm et 10 μηι et une puissance comprise entre 1 mW et 1 W. Ce rayon 50 est horizontal et est situé à une côte Xi.
La première E et la deuxième 4 enceintes forment un dispositif de mesure autonome ou bien elles peuvent être placées dans une enceinte portée à la pression P, par exemple une enceinte d'une unité de production industrielle. Dans ce cas, la première enceinte E peut se réduire à deux électrodes 1 et 10, planes ou non, et la deuxième enceinte peut être supprimée.
Le rayon laser 50 est renvoyé par deux prismes inclinés à 45° référencés 51 et 52 pour produire un rayon 54 parallèle au rayon 50 et situé à une côte X2 séparée verticalement de la côte Xj par une distance L (par exemple 2 cm).
Le rayon 50 constitue avec une photodiode 53 la première barrière optique. Le rayon 54 constitue avec une photodiode 56 la deuxième barrière optique.
Les photodiodes 53 et 56 (voir figure 2) sont disposées de manière à recevoir de la lumière diffusée par les particules. Elles sont disposées à la même côte que les rayons 50 et 53, à savoir Xi pour le rayon laser 50 et la photodiode 53, et X2 pour le rayon 54 et la photodiode 56, et de préférence elles sont orientées pour recevoir la lumière diffusée perpendiculairement aux rayons 50 et 53 (axes 50' et 53' à la figure 2b).
A la figure la, le plasma 2 est activé. Il se forme un nuage 3 de particules à la partie inférieure de celui-ci au voisinage de l'ouverture 11, dont le diamètre d est par exemple de 16 mm, où se produit de par la géométrie un puits de potentiel électrostatique, d peut être avantageusement compris entre 5 mm et 20 mm.
Les enceintes E et 4 étant en communication, leurs pressions sont les mêmes, soit moins de 100 Pa et notamment entre 10 Pa et 100 Pa, et plus particulièrement entre 25 Pa et 50 Pa. On remarquera que selon l'invention en effet, il est remarquable que la gamme de pressions qui convient pour maintenir le plasma froid en lévitation et celle qui permet la mesure par sédimentation est la même.
Une fois que le générateur radiofréquence est coupé à l'instant t0, le plasma s'éteint, et le nuage 30 de poudre dont le point moyen est à une côte de X0 se met à tomber par gravitation à partir d'une vitesse initiale nulle (Figure lb), dans l'enceinte 4 à la pression P. La présence de l'enceinte 4 permet de recueillir sur sa paroi de fond le nuage de particules, mais elle n'est pas nécessaire pour effectuer une mesure, à condition qu'en dessous de l'ouverture 1 1, règne la pression P.
Les particules atteignent très rapidement leur vitesse d'équilibre et comme celle-ci est proportionnelle à la taille des particules, les particules du nuage maintenant référencé 31 qui traversent le faisceau lumineux 50 sont ordonnées avec les particules les plus grosses à la partie inférieure du nuage et les particules le plus fines à la partie supérieure du nuage, d'autant plus que les particules ont déjà été organisées de cette façon en fonction de l'effet précité de la force ionique en lisière de gaine. Au passage de la première barrière optique (Figure le), on obtient aux bornes de la photodiode 53, la courbe de signaux de diffusion Ci. Au passage de la deuxième barrière optique (Figure ld) par le nuage de particules maintenant référencé 32, on obtient aux bornes de la photodiode 56 la courbe de signaux de diffusion C2. Chacune des courbes Ci et C2 représente un profil de distribution, selon le diamètre des particules, mais en unités arbitraires. Chacune des photodiodes fournit en fonction du temps t, un signal de diffusion proportionnel au nombre de particules qui franchissent la barrière. Le nombre N de particules peut être obtenu par étalonnage, mais ceci est facultatif.
Du fait de la différence de vitesse d'équilibre entre les particules les plus grosses et les particules les plus petites, le nuage s'élargit progressivement depuis le nuage initial 30 jusqu'au nuage 32 en passant par le nuage 31.
La position Xi de la première barrière est choisie pour que la distance D (par exemple 50 mm) entre le rayon 50 et la paroi inférieure 10 soit suffisante pour que les particules aient atteint leur vitesse d'équilibre.
La distance L (par exemple L = 20 mm) est choisie pour obtenir une sélectivité suffisante. Une augmentation de la valeur de L augmente la sélectivité, mais aussi le temps de mesure. On choisira en pratique une valeur de L comprise entre 5 mm et 1 m.
Le procédé par sédimentation a également pour avantage de ne pas polluer les parois du tube et de permettre une récupération de l'échantillon au fond de celui-ci. La hauteur du tube 4 est ainsi choisie pour permettre à l'ensemble des particules de traverser la deuxième barrière optique avant de se déposer au fond.
Les figures 3a à 3c sont un exemple de courbes Ci (figure 3a) et C2 (figure 3b) et de distribution en taille D des particules d'un échantillon (figure 3c), obtenue par le procédé ci-dessus pour un échantillon dont la distribution des particules s'étend entre des valeurs de diamètre compris entre 2,5μ à 3,4μ, avec un diamètre moyen de 3μ, avec un écart de type de 50 nm, sédimentant dans l'azote avec une pression de travail de 20 Pa et une distance L = 20 mm.
Traitement des signaux et des données :
On peut transformer l'axe des temps en axe des tailles pour les deux courbes Ci et C2 provenant des signaux des deux photodiodes 53 et 56, ce qui permet d'obtenir la courbe de la figure 3c à partir des courbes des figures 3a et/ou 3b. A la figure 3c, la valeur en abscisse est le diamètre φ des particules et la valeur en ordonnée est proportionnelle aux nombres N de particules, et en effet, l'expression de la vitesse VD de sédimentation d'une particule de diamètre φ et de masse volumique p est donnée par :
Δχ
2Kn Δϋ
avec g = 9,81 m/s2.
Les deux signaux sont enregistrés ensembles, par conséquent, l'axe des temps leur est commun. Considérons X0 comme étant la position moyenne du nuage de particules de masse volumique p lorsqu'elles sont piégées dans le plasma, X\ la position de la première barrière lumineux et X2 la position de la seconde barrière lumineuse. On notera que la valeur de X0 dépend des dimensions du nuage et donc de la masse de l'échantillon. Dans ces conditions, on peut associer un axe des tailles à chaque barrière laser en fonction du temps t, le plasma étant coupé au temps to tel que :
- pour la première barrière (courbe C , on a :
Figure imgf000013_0001
φ^ί) désigne le diamètre des particules qui franchissent la première barrière à l'instant t.
- pour la deuxième barrière (courbe C2), on a :
Figure imgf000013_0002
φ2(ί) désigne le diamètre des particules qui franchissent la deuxième barrière à l'instant t.
En fixant Xi = 0 et avec X2 - X] = L, les deux barrières lumineuses étant distantes de L, on obtient, l'instant t :
Figure imgf000013_0003
A partir du moment où X0 est connu pour un échantillon donné, on peut déduire pour chacune des courbes Q et C2 à quel diamètre de particules
Figure imgf000013_0004
ou (j>2(t) correspond un point courant de l'instant t, c'est-à-dire effectuer la conversion temps-diamètre sur chacune de ces courbes et donc déterminer la distribution en taille (diamètre) des particules dans la poudre pour un autre échantillon de même masse. Cette distribution en taille est bien évidemment la même pour les courbes Ci et C2.
Alternativement, on peut recalculer X0 pour chaque échantillon.
En résumé, chaque signal provenant d'une photodiode peut être tracé en fonction de la taille des particules. Ainsi, comme on connaît L, on peut déterminer Xo par itérations successives à partir d'une valeur initiale de X0, jusqu'à ce que les deux courbes Q et C2 correspondent à une même courbe de distribution en taille. Plus on s'approche de la bonne valeur de Xo, plus les distributions en taille issues de Ci et de C2 se rapprochent. Cette superposition s'apparente à une triangulation.
Une fois que X0 est connu, il n'est plus besoin en pratique que d'une barrière laser pour effectuer les mesures, c'est-à-dire que l'on peut obtenir la courbe 3c à partir de la courbe 3a ou de préférence de la courbe 3b.
Bien qu'il puisse être calculé, il est préférable de vérifier la valeur du paramètre Kn avec des particules de taille connue, ou une poudre dont la distribution en taille est connue, surtout si la composition du gaz utilisé dans l'enceinte est mal déterminée (par exemple de l'air). Dans ce dernier cas, on obtient en même temps X0 De plus, sachant que :
Figure imgf000014_0001
1¾ étant la constante de Boltzmann, T la température absolue (°K) et M représente la masse (en kg) d'un atome de gaz, on peut adapter ce coefficient aux éventuelles dérives de la pression.
En comparaison avec des méthodes par diffusion statique de la lumière, l'avantage de la méthode par sédimentation est que la détermination des tailles des particules et de la fonction de distribution en taille de l'échantillon sont décorellées. En effet, des particules de taille différente n'étant pas détectées en même temps, il n'y a pas besoin de supposer la fonction de distribution de l'échantillon. Ainsi, la détermination des tailles présentes dans l'échantillon est indépendante de la théorie utilisée pour décrire la diffusion de la lumière. De plus, les agglomérats de particules franchissent les barrières bien avant les particules individuelles et donc avant la formation des courbes Ci et C2 proprement dites qui sont représentatives de la fonction de distribution. Le procédé peut être mis en œuvre dans une large gamme de pressions, typiquement entre 10 Pa et 100 Pa et de taille de particules.
L'article de A. BOUCHOULE et Collaborateurs intitulé "Particle génération and behavior in a silane-argon low-pressure discharge under continuous or pulsed radiofrequency excitation" publié dans Journal of Applied Physics n° 70 (4), 15 Août 1991, montre en particulier la sédimentation et la détection de nanoparticules de silicium à une pression de 10 Pa.
Un signal de diffusion provenant de particules isolées de diamètre aussi petit que 10 nm peut être obtenu à partir d'un éclairage, notamment par un laser et par exemple par un laser bleu (longueur d'onde 655 nm) de puissance 35 mW (diode laser).
La valeur haute de la taille des particules n'est limitée que par la capacité du plasma à maintenir les particules en lévitation. Cette limite haute est de l'ordre de 10 μηι.
On notera à titre de variante qu'on peut utiliser un laser par barrière, ce qui élimine le dispositif de renvoi à prismes (ou miroirs).
Le dispositif selon l'invention peut être mis en oeuvre de différentes manières en fonction des besoins.
La mise en œuvre la plus simple consiste en la mise en œuvre d'une seule barrière sans étalonnage. Ceci peut convenir à un contrôle de qualité dans lequel on observe l'allure de la courbe fournie par la photodiode associée à la barrière laser. Si le sommet de la courbe se déplace, c'est que le diamètre pour lequel le nombre de particules est maximal a changé. Si la largeur de la courbe varie, c'est que l'écart type de la distribution en taille des particules a changé.
II est également possible de mettre en œuvre un dispositif avec une seule barrière, en lui associant un étalonnage pré-enregistré.
Il est enfin possible de mettre en œuvre le dispositif avec deux barrières lumineuses, ce qui permet de l'étalonner ou de le re-étalonner à volonté.
Le procédé peut être mis en œuvre à l'aide d'un module de commande, par exemple un micro-processeur, qui active le générateur (pour maintenir en lévitation entre les électrodes l'échantillon injectée dans le plasma) ou le désactive pour laisser sédimenter les particules de l'échantillon, et qui recueille les signaux de la ou des photodiodes. Le module de commande peut également comporter un programme qui gère le traitement des signaux des photodiodes, notamment pour effectuer un étalonnage, et/ou qui comporte en mémoire des données d'étalonnage.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de détermination d'un profil de distribution et notamment de la distribution en surface spécifique, ou bien en taille, d'un échantillon de poudre par sédimentation, caractérisé en ce qu'il comporte :
a) générer dans une enceinte principale par décharge électrique entre deux électrodes supérieure (1) et inférieure (10) un plasma froid à une pression P inférieure à 100 Pa, et plus particulièrement comprise entre 10 Pa et 100 Pa, et injecter ledit échantillon de poudre (2)
b) éteindre le plasma et laisser sédimenter les particules de l'échantillon (2) à ladite pression P sous l'action de la gravité à travers une ouverture (11) de l'électrode inférieure (10) en faisant traverser par les particules de l'échantillon au moins une barrière sensible à une propriété, notamment optique ou électrique, des particules de la poudre pour générer une courbe constituant un dit profil de distribution.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en œuvre une enceinte de mesure (4) disposée en dessous de l'enceinte principale et communiquant avec celle-ci par ladite ouverture (11) de l'électrode inférieure (10).
3) Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une barrière est une barrière lumineuse comprenant un faisceau laser (5) traversant selon un premier axe horizontal (50) l'échantillon de poudre (2) lors de son déplacement, et au moins une photodiode (53) disposée pour recevoir de la lumière diffusée par les particules de l'échantillon selon un deuxième axe horizontal (50') perpendiculaire au premier axe horizontal, et générer au moins une première courbe de signaux de diffusion, qui constitue un dit profil de distribution.
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte :
c) effectuer une conversion temps-diamètre sur au moins une courbe de signaux de diffusion pour en déduire la distribution en taille.
5) Procédé selon une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'enceinte de mesure comporte une première et une deuxième barrières lumineuses verticalement espacés l'un de l'autre, et en ce qu'il comporte une première (53) et une deuxième (56) photodiodes respectivement pour la première et la deuxième barrière lumineuse pour générer une première Q et une deuxième C2 courbe de signaux de diffusion.
6) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que c comporte : d) déterminer un premier écart de temps AT\ entre les débuts de la première Ci et de la deuxième C2 courbe et un deuxième écart de temps ΔΤ2 entre les fins de la première Q et de la deuxième C2 courbe et en déduire par comparaison avec une courbe d'étalonnage les valeurs minimale et maximale de la taille des particules dans le plasma,
c2) en déduire la distribution en taille en remplaçant sur la première et/ou sur la deuxième courbe l'échelle des temps par une échelle de taille des particules.
7) Procédé selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la première et la deuxième barrières lumineuses comportent une diode laser (5) émettant un faisceau lumineux traversant une des deux barrières lumineuses selon son premier axe horizontal, ainsi qu'un dispositif de renvoi (51 , 52) du faisceau lumineux renvoyant celui-ci pour qu'il traverse l'autre barrière lumineuse selon son premier axe horizontal (54).
8) Procédé selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que chacune des première et deuxième barrières lumineuses présente une diode laser (5) émettant un faisceau lumineux selon le premier axe horizontal.
9) Procédé selon une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la conversion temps diamètre est réalisée en déterminant X0 par itéractions successives dans les formules,
- pour la première courbe Q : pg t - to
φι(ΐ) désigne le diamètre des particules qui franchissent la première barrière à l'instant t ;
- pour la deuxième courbe C2 :
02( = 01(t) (i _- L l/,Xq) φ2(ί) désigne le diamètre des particules qui franchissent la deuxième barrière à l'instant t ;
p étant la masse volumique des particules de la poudre, g = 9,81 m/s2.
X0 étant la position moyenne des particules piégées dans le plasma ; Kn étant une constante avec :
8M
■ 1Λ p. tes kB étant la constante de Boltzmann, T la température absolue (°K), P la pression en Pa et M la masse d'un atome de gaz du plasma (en kg), l'itération étant poursuivie jusqu'à ce que soit obtenue une valeur de X0 pour laquelle les fonctions de distribution en diamètre obtenues à partir des courbes de signaux de diffusion Q et C2 coïncident.
10) Procédé selon une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que l'enceinte de mesure (4) comporte un tube cylindrique vertical transparent (41) à l'extérieur duquel au moins un dit faisceau lumineux (50) est généré et à l'extérieur duquel est disposé au moins une dite photodiode (5).
11) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille des particules de l'échantillon de poudre est comprise entre 10 nm et 10 μιη et plus particulièrement entre 100 nm et 10 μηι.
12) Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'échantillon de poudre (2) a une masse comprise en 10 μg et 1 mg et plus particulièrement entre 10 μg et 100 μg.
13) Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une électrode supérieure (1) et une électrode inférieure (10) superposées, l'électrode inférieure (10) étant pourvue d'une ouverture (11) pour permettre le passage d'un échantillon à sédimenter par gravité ;
- un générateur pour alimenter lesdites électrodes et générer un plasma froid à une pression inférieure à 100 Pa et plus particulièrement comprise entre 10 Pa et 100 Pa;
- au moins une barrière sensible à une propriété notamment optique ou électrique des particules de la poudre et générant un signal représentatif de ladite propriété des particules de la poudre.
- un module de commande pour activer ou non le générateur et pour recueillir ledit signal lorsque le plasma est éteint, les particules sédimentant alors sous l'action de la gravité à travers ladite ouverture 11.
14) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'une dite barrière est une barrière lumineuse à faisceau laser (5), le faisceau laser se propageant selon un premier axe horizontal, de manière à traverser l'échantillon de poudre lors de sa sédimentation, et au moins une photodiode disposée de manière à recevoir de la lumière diffusée par les particules de l'échantillon lors de sa sédimentation, pour générer ledit signal.
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