WO2022008736A1 - Method for producing a beam of charged gas-phase species and associated device - Google Patents

Method for producing a beam of charged gas-phase species and associated device Download PDF

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WO2022008736A1
WO2022008736A1 PCT/EP2021/069215 EP2021069215W WO2022008736A1 WO 2022008736 A1 WO2022008736 A1 WO 2022008736A1 EP 2021069215 W EP2021069215 W EP 2021069215W WO 2022008736 A1 WO2022008736 A1 WO 2022008736A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer
ions
charged
species
electrode
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/069215
Other languages
French (fr)
Inventor
Vincent Huc
Serge Della Negra
Thanh-Loan LAI
Original Assignee
Universite Paris-Saclay
Centre National De La Recherche Scientifique
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 Universite Paris-Saclay, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Universite Paris-Saclay
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/165Electrospray ionisation
    • H01J49/167Capillaries and nozzles specially adapted therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • H01J2237/0802Field ionization sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701Ion implantation

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of a beam of charged chemical species in the gas phase.
  • the invention also relates to a device suitable for implementing the method according to the invention.
  • Ion beams in the gas phase are known and find many applications, in particular for the analysis of high-resolution surfaces, for example by SIMS for secondary ion mass spectrometry. These beams are also used for high-resolution imaging or for high-resolution structuring, for example by removal or localized deposition of material, etc.
  • a first type of source referred to as the “electrospray” type, is based on the ESI technique for electrospray ionization (“electrospray ionization”). This technique is based on the preparation of a dispersion of electrically charged droplets.
  • This first technology meets specific needs in the field of analytical chemistry. For example for mass spectrometry, it makes it possible to obtain intact molecular ions. However, this first technology does not allow the production of stable micrometric ion beams. In particular, the level of focusing of these beams is not sufficient.
  • a second type of source is based on the SIS technology for "surface ionization" (in English “Surface ionization Source”).
  • the principle of operation of these devices is as follows: a metal or metal alloy surface is heated to high temperature and under reduced pressure in the presence of a material to be ionized introduced in gaseous form. The interaction of the atoms of the material to be ionized with the heated surface leads to their ionization. The ions generated are then extracted from the source and then focused.
  • This technique is particularly suited to the production of beams of alkaline ions (eg: cesium Cs + ions) and/or alkaline-earth and/or more rarely halogen (eg: iodide I ions).
  • FIG. 1 represents a device 1 of the LMIS type in which a liquid metal 2 (for example gallium) wets a metal tip 3 brought to a high potential with respect to an extractor 4 placed at a short distance from the metal tip 3.
  • a liquid metal 2 for example gallium
  • the chemical species 6 thus produced can then be focused and used to impact a target.
  • This type of source is described in particular by Jacques Gierak, Focused Ion Beam Technology and Ultimate Applications, Semiconductor Science and Technology, 24(4):43001, 2009. They are widely used today for surface analysis and structuring at the nanometric scale (FIB probe for Focused Ion Beam). These sources also find numerous applications in the field of microelectronics and are used all over the world. Its operating principle can also be generalized to the use of other conductive liquid materials. Such devices are described in particular in US 6,337,540, US 8,030,621 and US 9,704,685.
  • ILIS ionic liquid ion source
  • Ionia Liquid Ion Sources in English “Ionia Liquid Ion Sources”.
  • ILICIS source for microscopic ionic liquid ion source
  • MIroscopie Liquid Ionie Compound Ion Source Such devices are in particular described in US 2010/0181493 A1.
  • These technologies based on sources with conductive liquids have many advantages, such as high brilliance (ie. a small emission surface, a narrow velocity distribution of the ions forming the beam and significant focusing) and a long duration of life. These technologies are however limited in the choice of ions that can be generated.
  • the high operating temperatures of the LMIS and MiLICIS sources restrict the choice of ions that can be obtained. Only certain metals, salts or eutectic combinations are accessible by these two methods.
  • the ILIS sources only make it possible to emit ions from a starting compound of the ionic liquid type, which is not always possible. Finally, it is difficult, if not impossible, to prevent the emission, in the ion beam, of droplets of the starting ionic species.
  • the present invention aims to solve the technical problem of providing a new process for producing, in a simple manner, beams of a very wide variety of charged species, under conditions as mild as possible, while preventing the formation of charged droplets.
  • the present invention aims to solve the technical problem of providing a new method whose implementation makes it possible to generate a beam of complex chemical species, in particular charged nanoparticles.
  • the present invention is based on a process for manufacturing a beam of charged chemical species in gaseous form in which the precursor species of the beam is associated with a polymer, the polymer making it possible to separate the charged species before their extraction/acceleration to form a bundle of charged chemical species in gaseous form.
  • the method according to the invention makes it possible to solve all the technical problems described above.
  • the method according to the invention is advantageous in that it allows the preparation of bundles of charged chemical species of varied chemical nature. In particular, it allows the production of beams of monatomic ions, complex charged molecules or even charged nanoparticles.
  • the method according to the invention is also advantageous in that it is implemented at a reduced temperature, compared to the methods of the prior art.
  • the method of the invention is effective at ambient temperature.
  • the process according to the invention is advantageous in that it makes it possible to select with precision the chemical species or species to be extracted, thanks to the specific choice on the one hand of the polymer and on the other hand of the precursor compound used.
  • the method according to the invention is also advantageous in that it makes it possible to significantly reduce, or even prevent, the emission of droplets of the precursor composition.
  • the invention relates first of all to a process for the production of a beam of one or more charged chemical species in the gas phase, this process comprising:
  • the device optionally, placing the device under vacuum, preferably at a pressure less than or equal to 10 -5 hPa, more preferably at a pressure less than or equal to 10 6 hPa, and
  • the method of the invention comprises:
  • the device optionally, placing the device under vacuum, preferably at a pressure less than or equal to 10 5 hPa, more preferably at a pressure less than or equal to 10 6 hPa, and
  • the invention also relates to a device suitable for implementing the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises:
  • the invention further relates to the use of a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a beam of charged chemical species in the gas phase in a device for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably as defined above and in detail below, or in a process for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably as defined above and in a manner detailed below. All of the following paragraphs present variants and preferred embodiments that apply both to the method, to the device and to the use according to the invention as defined above.
  • the method according to the invention comprises, between steps 1) and 2), an intermediate step of applying a potential difference between the emission zone and the reception zone of the beam.
  • the emission zone is heated to a temperature ranging from 15°C to 600°C, preferably from 20°C to 300°C.
  • the device comprises a reservoir making it possible to contain the composition.
  • the precursor species of the beam are in the form of a salt, in association with a counter-ion.
  • the polymer comprises polar groups in electrostatic interaction with said counterion.
  • the polymer comprises polar groups in dipolar interaction with said counter-ion, advantageously the polar groups of the polymer and said counter-ion are in charge-dipole interaction.
  • the polymer comprises charged groups and the precursor species of the beam is a counter-ion of said charged groups of the polymer.
  • the charged groups of the polymer are formed by crosslinking of the polymer, preferably by covalent crosslinking of the polymer.
  • the polymer is chosen from crosslinkable polymers capable of forming charged groups by reaction with a crosslinking agent.
  • the precursor species of the beam is formed during the crosslinking reaction of the polymer, preferably by decomposition of a crosslinking agent.
  • the precursor species of the beam is chosen from: monatomic ions, charged molecules, charged nanoparticles and any one of their mixtures.
  • the precursor species of the beam is chosen from monatomic ions, preferably from cesium Cs + ions, iodide I ions and any one of their mixtures.
  • the precursor species of the beam is chosen from pluriatomic ions, preferably nitrate ions NO 3 , triiodide ions I 3 , tribromide ions Br 3 , perchlorate ions CIO 4 , azide ions N 3 and any mixture thereof.
  • the precursor species of the beam is chosen from nanoparticles, preferably from metallic nanoparticles, metalloid nanoparticles, carbon nanoparticles, semiconductor nanoparticles and any one of their mixtures.
  • the device according to the invention comprises at least one emission zone and at least one zone for receiving the beam of charged chemical species in the gaseous phase.
  • emission zone is meant in the sense of the invention the zone of the device in which the beam of charged chemical species in the gaseous phase is produced.
  • the emission zone of the device is known per se.
  • the emission zone corresponds to standard equipment conventionally used in devices for the production of ion beams in the gas phase.
  • the emission zone of the device comprises:
  • a second electrode also called extractor electrode or extractor, placed opposite the first electrode
  • electrode in the sense of the invention an electrically conductive element used to release or capture an electric current.
  • two elements are said to be “in contact” when they are arranged in such a way as to guarantee continuity of potential between these two elements.
  • the expression “the first electrode is in contact with the precursor composition” means that the potential of the first electrode is transmitted to the whole of the precursor composition.
  • the first electrode is in direct physical contact with the composition comprising the polymer and the precursor chemical species of the beam.
  • the first electrode is connected to a support element, typically a tip, covered over all or part of its surface with the precursor composition of the beam.
  • support element in the sense of the invention an element capable of transmitting the electric potential of the first electrode to the precursor composition.
  • the support element is thus intended to be in electrical contact with the first electrode, so that the potential of the first electrode can be transmitted from the first electrode to the precursor composition.
  • the support element thus differs from the reservoir described below, the function of which is solely to keep the precursor composition in contact with the support element (or directly with the first electrode).
  • the reservoir is not intended to transmit the electrical potential of the first electrode to any element and therefore does not form a support within the meaning of the invention.
  • the reservoir is not in direct electrical contact with the first electrode.
  • the first electrode and the precursor composition of the beam are physically separated by said support element.
  • the support is typically made of an electrically conductive material.
  • the support element is made of a metallic material.
  • the first electrode and the second electrode are made of an electrically conductive material, preferably of a metallic material.
  • the first electrode is made of a material capable of withstanding temperatures of up to 600°C.
  • the first electrode is made of a material chosen from: gold Au; platinum Pt; tungsten W, optionally coated with a thin layer of gold, and any of their alloys.
  • the first electrode is made of tungsten W, optionally coated with a thin layer of gold.
  • the second electrode is made of a material chosen from among steel, tantalum Ta, molybdenum Mo and any one of their alloys.
  • the second electrode is in the form of a ring, centered with respect to the end of the first electrode or of the support, in particular of the tip.
  • the end of the first electrode or of the support, in particular of the tip thus defines the zone of emission of the charged species which then pass through the center of the ring of the extracting electrode to form a beam of charged chemical species.
  • Means allowing the application of a potential difference between the first electrode and the second electrode consist for example of a high voltage power supply.
  • the absolute value of the difference between the potential of the first electrode and the second electrode ranges from 1 kV to 20 kV, more preferably from 1 kV to 10 kV.
  • reception zone is meant in the sense of the invention the zone of the device intended to receive the beam of charged chemical species in the gaseous phase.
  • the reception zone is placed opposite the emission zone, with respect to the generated beam, typically the reception zone comprises a flat surface arranged orthogonally with respect to the generated beam.
  • the reception area further comprises:
  • the third electrode or acceleration electrode an additional electrode, hereinafter referred to as the third electrode or acceleration electrode
  • the application of a potential difference between the emission zone and the third electrode makes it possible to fix the energy of the ion beam generated, which makes it possible to focus the generated beam in a specific direction defined by the position of the third electrode.
  • the third electrode is made of an electrically conductive material, preferably it is metallic. More preferably, the third electrode is made of a chemically inert metal, typically chosen for example from (non-exhaustively): silver Ag, platinum Pt, gold Au, tantalum Ta, molybdenum Mo and one any of their alloys.
  • the third electrode is made of a metal chosen from: tantalum Ta, molybdenum Mo, tungsten W and any one of their alloys, more advantageously from tantalum Ta, molybdenum Mo and any one of their alloys .
  • the surface of the third electrode is planar.
  • the constituents of the third electrode do not exhibit any interference in X-ray spectroscopy, in particular in energy dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) or in photo-electron spectroscopy.
  • EDS energy dispersive X-ray Spectroscopy
  • photo-electron spectroscopy in particular in photo-electron spectroscopy.
  • XPS in English “X-ray Photoelectron Spectroscopy”
  • the charged species constituting the ion beam which facilitates its analysis.
  • Means allowing the application of a potential difference between the emission zone and the third electrode consist for example of a second high voltage power supply.
  • the absolute value of the difference between the potential of the emission zone and the potential of the third electrode also called acceleration voltage or ion energy, ranges from 1 kV to 50 kV, more preferably from 1 kV to 30 kV.
  • the device according to the invention also comprises a reservoir making it possible to contain the precursor composition.
  • a reservoir making it possible to contain the precursor composition. The presence of a reservoir is necessary to increase the life of the source.
  • the reservoir is arranged such that the precursor composition is in contact with at least part of the surface of the beam emission zone, preferably with the support element or directly with the first electrode.
  • the type of reservoir depends on the nature of the precursor composition, and in particular on its viscosity. If the precursor composition has a sufficiently high viscosity to remain on the surface of the emission zone, the material can remain fixed by capillary action and the reservoir can then be placed outside the emission zone. Conversely, if the composition has an insufficiently high viscosity, in particular if it flows under the effect of its own weight and therefore does not remain on the surface of the emission zone, the reservoir must be present at the level of the emission area.
  • the tank is made of a material capable of withstanding temperatures which can range up to 600° C. Examples of such materials are for example glass, ceramic, stainless steel...
  • the reservoir is placed close to the emission zone and is equipped with means making it possible to at least partially coat the surface of the emission zone with the composition.
  • the device is equipped with fluidic means, in particular microfluidic means, allowing the transfer of the composition from the reservoir to the surface of the emission zone.
  • the reservoir is arranged around the emission zone.
  • the reservoir defines at least one first opening intended to be placed facing the zone for receiving the beam.
  • the reservoir defines a second opening, said second opening being arranged at the opposite end of the reservoir with respect to the first opening.
  • the reservoir has the shape of a straight cylinder, preferably of circular section, centered around the first electrode.
  • the first and the second opening are aligned.
  • the cylinder has a diameter ranging from 50 ⁇ m to 5 mm, preferably from 100 ⁇ m to 2 mm.
  • Such a reservoir is also designated by the term “capillary”.
  • the reservoir may have a so-called “L” bent shape.
  • the reservoir consists of two segments that are substantially perpendicular and interconnected. The end of one of the segments then defines a first opening facing the reception zone of the beam and defining the zone of formation of the Taylor cone. The end of the other segment also defines a second opening arranged perpendicularly with respect to the emission zone.
  • the use of a bent-shaped tank makes it possible to evacuate these gas releases, without disturbing the emission zone. Indeed, the gases formed are evacuated through the second opening, thus preventing the migration of the gas towards the emission zone.
  • the first opening of the reservoir, facing the reception zone of the beam is equipped with a tip, preferably of frustoconical shape, leaving a passage to the generated beam. The use of a tip then facilitates the formation of the Taylor cone.
  • the tapered tip has an angle substantially equal to 90°.
  • the tip is typically made of an electrically insulating material, preferably of a rigid material, electrically insulating and chemically inert with respect to the polymer and the precursor species of the beam.
  • the end piece is made of a material capable of withstanding temperatures of up to 600°C.
  • the tip can be machined in the body of the tank, typically when it is first opened.
  • the device of the invention may also comprise means for placing the device under vacuum.
  • placing the device under vacuum makes it possible to facilitate the emission of charged chemical species in the gaseous phase.
  • the presence of such means is however not mandatory and depends on the nature of the polymer and the precursor species used. Those skilled in the art will determine the need for such means depending on the polymer and the precursor species selected.
  • Means adapted to the present invention typically make it possible to reach a pressure of less than or equal to 10 5 hPa, preferably less than or equal to 10 6 hPa.
  • This equipment can for example consist of the association of a first of the turbo-molecular type or ion pumping making it possible to reach pressures lower than 10 6 hPa and a second so-called primary pump making it possible to reach a limit pressure of 10 2 hPa.
  • the device can also comprise means for heating the composition.
  • heating means is meant within the meaning of the invention equipment making it possible to bring the composition to a temperature ranging from 15° C. to 600° C., preferably from 20° C. to 300° C.
  • heating means makes it possible to facilitate the emission of charged chemical species in the gaseous phase. Their necessity depends both on the nature of the polymer and that of the precursor compound of the beam. Those skilled in the art will determine the need for such means depending on the polymer and the precursor species selected.
  • the heating means can be direct or indirect.
  • direct heating means is meant within the meaning of the invention a heating means arranged in direct physical contact with the composition or the reservoir.
  • indirect heating means is meant within the meaning of the invention a heating means physically separated from the composition or from the reservoir by an intermediate material, in particular an insulating material.
  • suitable heating means may consist of a metal wire, in particular molybdenum Mo, or tungsten W, wound around the first electrode and/or the reservoir and in which an electric current flows.
  • the emission zone of the device is in contact with a precursor composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam.
  • composition coats all or part of the surface of the first electrode, or of the support, defined above, preferably on its proximal end of the second electrode (extraction electrode).
  • At least 50% of the surface of the first electrode or of the support, in particular of the tip is coated with the composition, more preferably at least 75%, even more preferably at least 90%, advantageously at least 95%, and more preferably 100%.
  • the precursor species of the beam and the polymer are present in the composition according to a molar ratio ranging from 10:1 to 1:1000, more preferably from 10:1 to 1:500, and even more preferably from 10: 1 to 1: 100.
  • the composition can also comprise other compounds capable of modifying the properties of the composition.
  • These optional compounds can for example be introduced to modify the viscosity of the composition, its melting point or its adhesion properties, etc.
  • Examples of such optional compounds are, for example, polymers different from the polymer defined below and detailed below, in particular chosen from ionomers.
  • composition may also comprise compounds or polymers having oxidation-reduction properties, making it possible to modulate the redox (oxidation-reduction) effects occurring during the production of the beam.
  • the method according to the invention allows the production of a beam comprising one or more gaseous chemical species whose precise chemical nature is predetermined by the choice on the one hand of the precursor species of the beam and on the other hand of the polymer.
  • the choice of the elements constituting the composition makes it possible in particular to control the charge of the chemical elements constituting the beam but also their size, in particular in the context of beams of charged nanoparticles.
  • the charged chemical species or species constituting the beam are chosen from: monatomic ions, charged molecules, charged nanoparticles and any of their mixtures.
  • the charged chemical species constituting the beam are chosen from monatomic ions, they are preferably chosen from alkali metal ions, alkaline-earth ions, halide ions, metal ions and any one of their mixtures, from preferably from alkaline ions, halide ions, and any one of their mixtures, more preferably from cesium Cs + ions, iodide I ions, and any one of their mixtures.
  • the charged chemical species constituting the beam are chosen from charged molecules, they are preferably chosen from chemically reactive ions, more preferably from nitrate ions NO 3 , triiodide ions
  • the charged chemical species constituting the beam are chosen from charged nanoparticles, they are preferably chosen from metallic nanoparticles; metalloid nanoparticles; carbonaceous, hydrogenated or non-hydrogenated nanoparticles; semiconductor nanoparticles and any mixtures thereof.
  • the nanoparticles are functionalized over all or part of their surface by charged chemical groups.
  • the surface chemical groups can be of varied nature and can be chosen from all the anionic or cationic groups known to those skilled in the art.
  • charged chemical groups mention may in particular be made of carboxylate groups, sulphate groups, phenolate groups, ammonium groups.
  • the nanoparticles are hybrid organic-inorganic compounds.
  • the functionalization of the surface of the nanoparticles can be carried out by any known method and in particular by the deposition of one or more coating layers or even by grafting of chemical groups.
  • nanoparticles are chosen from metallic nanoparticles, they are preferably chosen from noble metal nanoparticles such as gold (Au) nanoparticles or else platinum (Pt) nanoparticles; transition metals such as iron (Fe) nanoparticles, copper (Cu) nanoparticles and silver Ag nanoparticles; polyoxometallates and nanoparticles of any of their alloys.
  • noble metal nanoparticles such as gold (Au) nanoparticles or else platinum (Pt) nanoparticles
  • transition metals such as iron (Fe) nanoparticles, copper (Cu) nanoparticles and silver Ag nanoparticles
  • polyoxometallates and nanoparticles of any of their alloys are preferably chosen from noble metal nanoparticles such as gold (Au) nanoparticles or else platinum (Pt) nanoparticles
  • transition metals such as iron (Fe) nanoparticles, copper (Cu) nanoparticles and silver Ag nanoparticles
  • the nanoparticles are chosen from metalloid nanoparticles, they are preferably chosen from boron (B) nanoparticles, silicon (Si) nanoparticles, germanium (Ge) nanoparticles and nanoparticles of any one of their mixtures , more preferably from silicon (Si) nanoparticles and germanium (Ge) nanoparticles.
  • the nanoparticles are chosen from carbon nanoparticles, they are preferably chosen from carbon nanoparticles, in particular fullerenes such as Buckminster fullerene (C60), polycyclic aromatic hydrocarbons, in particular coronene, or even from nano-graphenes and l any of their mixtures.
  • fullerenes such as Buckminster fullerene (C60)
  • polycyclic aromatic hydrocarbons in particular coronene, or even from nano-graphenes and l any of their mixtures.
  • the nanoparticles are chosen from semiconducting nanoparticles, they are preferably chosen from aggregates of silicon Si nanoparticles and of phosphorus P and/or arsenic As nanoparticles, aggregates of silicon Si nanoparticles and of boron B, and any mixture thereof.
  • precursor chemical species or species can be introduced into the device according to the invention directly in the form of the chemical species to be extracted/accelerated or else in the form of a precursor compound, hereinafter referred to as precursor compound of the beam or even precursor compound of gaseous charged chemical species.
  • precursor compound of the beam is meant within the meaning of the invention a chemical compound which, combined with a polymer of the invention, dissociates into precursor species capable of being accelerated to form a beam in the gas phase.
  • the precursor compound of the bundle is chosen from salts, crosslinking agents of the polymer and any one of their mixtures.
  • the precursor species or species are present in the composition directly in the form of the chemical species or species to be extracted/accelerated.
  • the charged chemical species or species are chosen from ions, charged nanoparticles and any of their mixtures.
  • the precursor species of the beam are present in the composition in the form of a salt, in association with at least one counterion.
  • the salt can be organic or inorganic.
  • the salts are chosen from inorganic salts.
  • the inorganic salts are chosen from metal salts, preferably from alkali metal and/or alkaline-earth metal halides such as, for example, cesium iodide Csl, cesium triiodide CsU, cesium fluoride CsF, alkali and/or alkaline earth metal nitrates, and any mixture thereof.
  • metal salts preferably from alkali metal and/or alkaline-earth metal halides such as, for example, cesium iodide Csl, cesium triiodide CsU, cesium fluoride CsF, alkali and/or alkaline earth metal nitrates, and any mixture thereof.
  • the inorganic salts are chosen from metal salts, preferably from alkali metal and/or alkaline-earth metal halides such as cesium iodide Csl, alkali metal and/or alkaline-earth metal nitrates, and any of their mixtures.
  • the inorganic salt is cesium triiodide CSI 3 .
  • Cesium triiodide is advantageous in that it has the particularity of being able to both capture (oxidant) and provide (reducer) electrons. It thus makes it possible to facilitate the management of the redox effects occurring in contact with the support element (or directly in contact with the first electrode), these redox effects advantageously making it possible to apply the ion extraction potential to the precursor composition.
  • the reduction of this compound against the support element (or directly in contact with the first electrode) advantageously makes it possible to generate the iodide ions to be extracted.
  • the precursor species of the beam is formed in situ by decomposition of an agent crosslinking the polymer.
  • the charged chemical species to be extracted are released during the reaction between the polymer and the crosslinking agent.
  • the crosslinking agent dissociates so as on the one hand to crosslink the polymer and on the other hand to release the precursor chemical species of the beam.
  • the agent crosslinking the polymer is chosen from covalent crosslinking agents.
  • covalent crosslinking agent is meant within the meaning of the invention agents crosslinking the polymer by the formation of covalent bonds.
  • the crosslinking agent is chosen from dihalogenated derivatives, such as dihalogenoalkanes or derivatives of polyethylene glycol functionalized by halogens or pseudohalogens (tosylates, mesylates, etc.).
  • the crosslinking agent is chosen from: polyethylene glycols functionalized with halogen or pseudo-halogen groups.
  • pseudohalogen or “sulfonylated derivative”, is meant within the meaning of the invention mesylates, tosylates, triflates derivatives or any of their mixtures.
  • the crosslinking of the polymer is carried out at the surface of the emission zone coated with the composition.
  • This embodiment is advantageous in that it makes it possible to immobilize the polymer on the surface of the emission zone.
  • the composition also includes at least one polymer.
  • the use of the polymer makes it possible to separate the charged chemical species before their extraction/acceleration.
  • the polymer is in electrostatic interaction and/or in dipolar interaction with the precursor species of the beam and/or a counter-ion of the precursor species of the beam.
  • the polymer is chosen from polymers comprising polar groups, polymers having charged groups, crosslinkable polymers and any of their mixtures.
  • the polymer is chosen from polymers comprising polar groups. These polar groups make it possible to confer on the corresponding polymer a solvating character for the precursor species present in the composition.
  • solvating polymer in the sense of the invention a polymer in which it is possible to dissolve and stabilize charged chemical species.
  • the ability of the polymer to solvate a charged chemical species stems directly from the presence of charged groups in the structure of the polymer.
  • the polar groups of the polymer are in dipolar interaction with the charged chemical species, in particular in charge-dipole interaction.
  • This first variant is particularly suitable when the precursor species of the beam is present in the composition in the form of a salt, in association with a counterion.
  • the polymer is a polymer solvating the counterion of the precursor species of the beam.
  • Such polymers are chosen in particular from polyethylene glycol, polypropylene glycol and their derivatives.
  • the counterion and the polar groups of the polymer are in charge-dipole interaction.
  • the existence of this charge-dipole interaction between the counter-ion and the polar groups thus makes it possible to separate the precursor species from its counter-ion, thus facilitating its extraction/acceleration.
  • the polymer is chosen from polymers having charged groups.
  • the polymer is chosen from ionomers.
  • This second variant is particularly suitable when the precursor species of the beam is present in the composition directly in the form of the charged chemical species to be extracted/accelerated, i.e. chosen from ions and charged nanoparticles.
  • the precursor species of the beam constitute the counter-ions of the charged groups of the polymer.
  • the polymer is chosen from polymers having positively charged groups.
  • the polymer comprises at least one amino group, preferably chosen from primary amines, secondary amines, ternary amines, quaternary ammoniums and heterocyclic groups comprising at least one nitrogen atom (pyridine, imidazoles, triazoles, etc).
  • Such polymers are chosen in particular from polyamines.
  • the polymer is chosen from polymers having negatively charged groups.
  • the polymer comprises at least one group chosen from sulphonate groups, carboxylate groups and phosphate groups.
  • Such polymers are chosen in particular from polystyrenes functionalized with sulfonate groups, tetrafluoroethylene copolymers functionalized with sulfonate groups such as NAFION®, etc.
  • the polymer is chosen from active redox polymers.
  • active redox polymers are advantageous in that they advantageously have the ability to reversibly capture electrons. They also advantageously allow good separation between the charged polymer and the precursor chemical species to be extracted.
  • redox-active polymer By way of example of a redox-active polymer, mention may in particular be made of polycationic polymers of the bipyridinium type.
  • the polymer is chosen from crosslinkable polymers, preferably chosen from crosslinkable polymers capable of forming charged groups by reaction with a crosslinking agent.
  • the polymer is chosen from polymers that can be crosslinked by the formation of covalent bonds.
  • the polymer is chosen from crosslinkable polymers whose crosslinking engages at least one heteroatom, in particular chosen from N, O and S.
  • the heteroatom involved in the crosslinking may then be present in the chain of the crosslinkable polymer or be provided by the crosslinking agent.
  • the heteroatom is N and S.
  • the heteroatom is a nitrogen atom.
  • the crosslinkable polymer is for example chosen from polymers comprising heteroatoms. Such polymers are chosen in particular from polymers comprising pyridine groups such as poly(4-vinyl)pyridines, for example.
  • the crosslinking agent is typically chosen from alkylating agents.
  • alkylating agent is meant within the meaning of the invention a compound capable of adding one or more alkyl groups to an electronegative group, in particular the heteroatom(s) present in the polymer.
  • alkylating agents comprising at least one bond chosen from:
  • the alkylating agent binds between two heteroatoms of different polymer chains in such a way that it causes the formation of bridges between the polymer chains.
  • This reaction is associated on the one hand with the release in solution of charged species, in particular of halide, triflate and/or tosylate ions, and on the other hand with the appearance of charged groups in the structure of the crosslinked polymer at the level heteroatoms.
  • the crosslinking reaction is a quaternization reaction causing the appearance of quaternary ammonium groups in the crosslinked polymer.
  • the crosslinkable polymer can be chosen from polymers comprising a nucleofuge or leaving group.
  • nucleofuge or “leaving group”, is meant in the sense of the invention an ion or a chemical group having the capacity to detach from a molecule.
  • Such polymers are chosen in particular from polymers comprising halogen atoms such as for example poly(4-(chloromethyl)styrene.
  • the crosslinking agent is typically chosen from crosslinking agents comprising at least two heteroatoms, in particular chosen from N, O and S.
  • each of the heteroatoms of the crosslinking agent binds to a polymer chain, at the level of a carbon atom carrying one of the groups.
  • This reaction thus causes on the one hand the detachment and the release in solution of the leaving group and on the other hand the formation of bridges between the chains of polymers. It also causes the appearance of charged groups in the structure of the crosslinked polymer at the level of the heteroatoms.
  • the method according to the invention further comprises, before step 1), a step of bringing the emission zone, in particular the first electrode or the support, into contact with the composition comprising the polymer and the precursor species or species of the beam.
  • the first electrode or the support is coated over all or part of its surface with a layer of the composition
  • This contacting step can be carried out according to any known method. It can for example be carried out by soaking the emission zone, in particular the first electrode or the support, in the composition, by manual and/or mechanical deposition of the composition, or by evaporation of the composition initially dissolved in a solvent volatile.
  • the step of bringing the emission zone into contact with the composition can be carried out by means of fluidic equipment making it possible to transport the composition from the reservoir to the surface of the emission zone.
  • This contacting step may also consist of inserting or introducing the emission zone, in particular the first electrode or the support, into the reservoir comprising the composition, the reservoir having an orifice to allow the production of the beam.
  • the method according to the invention further comprises a step of heating the composition.
  • This heating step can be carried out before and/or during and/or after the vacuum step.
  • the composition is heated to a temperature ranging from 10 to 600°C, more preferably from 15 to 300°C, even more preferably from 20 to 120°C.
  • the method comprises, between step 1) and step 2), a step of putting the device under vacuum.
  • the pressure inside the device during its operation is less than or equal to 10 5 hPa, more preferably less than or equal to 10 6 hPa.
  • the pressure inside the device during its operation ranges from 10 6 hPa to 10 3 hPa, even more preferentially from 10 6 hPa to 10 5 hPa.
  • the precursor species of the bundle is chosen from the crosslinking agents of the polymer.
  • the method according to the invention comprises an additional step of crosslinking the polymer.
  • the crosslinking of the polymer is carried out directly after the step of bringing the emission zone into contact with the composition. This way of proceeding makes it possible to immobilize the polymer on the surface of the first electrode.
  • the invention finally relates to the use of a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a bundle of charged chemical species in the gas phase as defined above in a device for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably in a device as defined above, or in a process for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably in a process as defined above.
  • the device, the method and the composition according to the invention can be used for various applications, and in particular for all known applications of charged ion beams.
  • the device, the method and the composition defined above can be used for the analysis and structuring of the surface of materials; to carry out machining on a micro- or nanometric scale, in particular by engraving; for the realization of ion implantations or in the field of nanotechnology.
  • FIG. 1 represents a diagram of an LMIS device according to the prior art.
  • FIG. 2 represents a diagram of a device according to the invention.
  • FIG. 3 represents the emission zone of a device according to the invention according to a first embodiment.
  • FIG. 4 represents the emission zone of a device according to the invention according to a second embodiment
  • Figure 5 represents the results obtained by mass spectrometry of the gold target at the end of example 1.
  • Figure 6 shows the results obtained by X-ray photo-electron spectroscopy of the gold target at the end of example 1.
  • Figure 7 represents the results obtained by mass spectrometry of the silver target at the end of example 2.
  • Figure 8 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the tungsten tip at the end of experiment 3.
  • Figure 9 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the reservoir at the end of experiment 3.
  • Figure 10 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the target at the end of experiment 3.
  • FIG. 11 represents the results obtained by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the reception zone at the end of experiment 4 (curve 1), of the starting polymer NAFION®.Cs (curve 2) and of a sample of cesium carbonate CS2CO3 (curve 3).
  • FIG. 1 A device according to the invention is shown in Figure 2.
  • the device 10 comprises an emission zone 12 and a zone 14 for receiving a beam of charged species in the gaseous phase 26.
  • the emission zone 12 consists of a first electrode 16 and an extracting electrode 18
  • the first electrode 16 is coated with a precursor composition 20 comprising at least one polymer and at least one precursor compound of the beam (not shown).
  • the precursor composition 20 is placed in a reservoir 22, having the shape of a capillary centered around the first electrode 16.
  • the extracting electrode 18 has the shape of a ring. It is placed opposite the first electrode 16, centered with respect to the end of the first electrode 16, so as to allow the passage of the beam of charged species through the extractor electrode 18.
  • the device 10 is also equipped with means 24 making it possible to induce a potential difference between the first electrode 16 and the extracting electrode 18 leading to the production of the beam 26.
  • the reception zone 14 comprises a third electrode 28, placed opposite the end of the first electrode 16.
  • the device finally comprises means 30 making it possible to induce a potential difference between the emission zone 12 and the third electrode 28 making it possible to focus the beam 26 in the direction of the reception zone 14.
  • FIG. 3 represents the emission zone of a device according to the invention according to a first embodiment.
  • the emission zone 12 comprises an element 32 making it possible to maintain a reservoir 22 having the shape of a capillary.
  • a tip 34 crosses the reservoir 22 right through along the central axis of the reservoir 22 so that the end 36 of the tip 34 protrudes with respect to the reservoir 22.
  • the precursor composition 20 is placed between the tip 34 and the inner surface of reservoir 22.
  • Heating means 38 are arranged around reservoir 22.
  • a first electrode (not shown) is connected to tip 34.
  • the end 36 of the tip 34 thus constitutes the end 40 of the emission zone 12 of the device according to the invention.
  • FIG. 4 represents the emission zone of a device according to the invention according to a second embodiment.
  • the emission zone 12 comprises an element 32 making it possible to maintain a reservoir 22 having the shape of a capillary.
  • a point 34 is placed in the heart of the tank 22 along the central axis of the tank 22. Unlike FIG. 3, the point 34 does not cross the tank 22. The end 36 of the point 34 is thus located inside of the reservoir 22.
  • the precursor composition 20 is placed between the tip 34 and the inner surface of the reservoir 22 and extends along the central axis of the reservoir so as to protrude with respect to the reservoir 22.
  • Heating means 38 are arranged around reservoir 22.
  • a first electrode (not shown) is connected to tip 34.
  • the end 40 of the emission zone 12 is thus constituted by the zone where the composition 20 protrudes with respect to the reservoir 22.
  • the end 36 of the tip 34 is recessed with respect to the end 40 of the zone issue 12.
  • Example 1 Source of iodide ions at ambient temperature and ambient pressure
  • the device used corresponds to the device of Figure 2 except that it does not include a third electrode.
  • the first electrode consists of a tungsten wire W with a diameter of 0.15 mm.
  • the extractor electrode consists of an aluminum plate that also serves as a support for the reception area.
  • the reservoir consists of a glass capillary with an internal diameter of 200 ⁇ m.
  • the composition is a mixture of cesium iodide Csl and polyethylene glycol PEG600 (1/10 by weight of Csl, i.e. a concentration of 0.43 mol.L ⁇ 1 ; i.e. 23 mol% of Csl per PEG600).
  • the reservoir is filled with the composition.
  • the tungsten wire W is then introduced into the capillary up to a distance of 3 mm from the opposite end of the capillary.
  • the beam reception zone consists of a gold plate, placed at a distance of 50 mm from the end of the capillary, on the Al aluminum plate.
  • a potential difference is applied between the first electrode and the extractor electrode by means of a high voltage supply.
  • iodide I ions on the gold plate is confirmed by time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS) analyzes and by X-ray photo-electron spectroscopy. (XPS in English for “X-ray photoelectron spectroscopy”).
  • the mass spectrometry analyzes are carried out on the Andromeda instrument of the Institute of Nuclear Physics of Orsay (IPNO - https://andromede.in2p3.fr) which is a 1 m time-of-flight spectrometer whose voltage of The acceleration is -10 kV and the beam is a 12 MeV AUIOO 4+ gold beam.
  • the surface analyzed is 400 ⁇ m in diameter and the impact number is approximately 2 10 4 NPs/cm 2 .
  • XPS analyzes are performed with a Thermofisher Scientific K-
  • Figure 5 shows the presence of peaks characteristic of the presence of iodine and gold salts.
  • the peak at 324 m/z (peak P1) indicates the presence of gold monoiodide Aul and the peak at 451 m/z (peak P2) reflects the presence of gold diiodide Aul2.
  • Figure 6 shows the presence of peaks characteristic of the presence of iodine and gold salts.
  • the peaks at 89 eV (peak P3, Au 4f 5/2 ) and at 85 eV (peak P4, Au 4f 7/2 ) indicate the presence of gold monoiodide Aul.
  • Example 2 Source of iodide ions with heating and reduced pressure
  • the device used corresponds to the device of Figure 2 except that it does not include a third electrode.
  • the first electrode consists of a tungsten wire W with a diameter of 0.15 mm.
  • the extractor electrode consists of a carbon C Faraday cage, in which is placed a plate of silver Ag constituting the reception zone of the beam.
  • the reservoir consists of a ceramic capillary with an internal diameter of 500 ⁇ m.
  • the tank ends at one of its ends with a pierced cone whose final diameter is equal to 100 pm.
  • the composition is a mixture of cesium iodide Csl and polyethylene glycol PEG600 (1/10 by weight of Csl, ie a concentration of 0.43 mol.L ⁇ 1 ; 23% in moles of CSI per PEG600).
  • the reservoir is filled with the composition.
  • the tungsten wire W is then introduced into the capillary up to a distance of 2 mm from the end of the cone.
  • a molybdenum Mo filament (diameter 0.19 mm), connected to a generator, is then wound around the reservoir so as to heat the composition.
  • the silver plate is placed at a distance of 20 mm from the end of the capillary.
  • the device further comprises a turbo-molecular pumping system, associated with a primary vane pump, making it possible to reach a pressure of 10 6 hPa within the device.
  • a turbo-molecular pumping system associated with a primary vane pump, making it possible to reach a pressure of 10 6 hPa within the device.
  • the source is switched off and the implantation of iodide ions on the silver plate is analyzed by ion imaging and by time-of-flight mass spectrometry.
  • the time-of-flight mass spectrometry analyzes are carried out using an instrument of the IONTOF IV hybrid type, marketed by the company IONTOF.
  • the beam used is Bi 3 + of 25 keV analyzing a surface of 250 ⁇ 250 pm 2 .
  • the dose is 5.4 ⁇ 10 11 ions/cm 2 .
  • the mass spectrometer obtained is shown in Figure 7.
  • the presence of peaks characteristic of the presence of iodine and silver salts is observed.
  • the peak at 127 m/z (peak P5) reflects the presence of iodide I ions
  • the peak at 341 m/z (peak P6) reflects the presence of silver iodide aggregates of formula Ag2l
  • the peak at 361 m/z (peak P7) reflects the presence of another type of silver iodide aggregates of formula Agh.
  • Example 3 Source of cesium ions from cesium polystyrene sulfonate
  • the device used corresponds to the device in Figure 2.
  • the first electrode is in Tungsten W.
  • the third electrode is silver Ag.
  • the emission zone consists of a standard LMIS-type source support comprising a cylindrical reservoir made of 100 ⁇ m W tungsten wire and the extractor electrode defined above. A 200 ⁇ m W tungsten tip is introduced into the reservoir to facilitate the formation of the Taylor cone.
  • the reservoir is filled with a precursor composition consisting of a cesium polystyrene sulphonate type polymer (PSS.Cs).
  • PSS.Cs cesium polystyrene sulphonate type polymer
  • the source is placed in a standard body of LMIS sources (called cartridge).
  • the device also comprises a turbo-molecular pumping system, associated with a primary vane pump, making it possible to reach a pressure of 3.10 6 hPa within the device.
  • the beam intensity is measured at the third electrode.
  • the source is switched off and the implantation of cesium ions is analyzed.
  • the surfaces of the tungsten tip, the reservoir and the extractor electrode are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and by energy-dispersive analysis (EDS for “Energy-dispersive X-ray spectroscopy”).
  • the microscope used is marketed by the company Zeiss, under the reference MEB-FEG ZEISS Sigma HD.
  • the beam intensity is 10 nA with an accelerator voltage of 15 kV.
  • the magnification is 11500, which makes it possible to produce images of 100 to 10000 pm 2 of surface and to measure the X-rays emitted from the surfaces studied and to deduce the elementary chemical composition therefrom.
  • Peaks P8a, P9a, P10a, P8b, P9b, P10b are linked to the presence of cesium.
  • the intensity of the peaks depends on the cesium content in the sample.
  • the ionic polymer located at the level of the end of the tungsten tip has a reduced content of cesium Cs + ions, compared to the polymer present at the surface of the reservoir.
  • the presence of cesium Cs + ions at the surface of the extractor electrode is also observed.
  • the device used corresponds to the device in Figure 2.
  • the first electrode consists of a tungsten tip (wire with a diameter of 0.15 mm).
  • the third electrode is a carbon Faraday cage.
  • the source consisting of a stainless steel capillary with an internal diameter of 1 mm at its end, is filled with a cesium salt of a NAFION® type polymer (Cs. National).
  • the source is placed in a standard body of LMIS sources called “cartridge” comprising the extraction electrode defined above.
  • the first electrode is then introduced into the capillary to facilitate the formation of the Taylor cone.
  • a Mo filament (diameter 0.19) was wound to heat the source.
  • a turbo-molecular pumping system associated with a primary vane pump, makes it possible to reach an operating pressure of 1.5 10 6 hPa,
  • the production of the ion beam is obtained for the following conditions:
  • the source is switched off and the implantation of the ions on the surface of the extraction electrode is analyzed.
  • the starting polymer and the surface of the extractor electrode are analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results obtained are shown in Figure 11.
  • Curve (1) represents the spectrum obtained by analyzing the surface of the extractor electrode.
  • Curve (2) represents the spectrum obtained by analysis of the starting polymer.
  • Curve (3) represents the spectrum obtained from cesium carbonate CS2CO3.
  • the P10 peaks are characteristic of the presence of sulfur S (2p 3/2 and 2p 1/2 ).
  • Peaks P11 and P12 are characteristic of the presence of cesium (4p 3/2 and 4p 1/2 ).
  • Cesium triiodide Cs is prepared by reaction between 10.038g of ultra-dry cesium iodide Csl (supplier: ABCR) and diode I2 (9.83g, ALdrich) in 20mL of methanol (previously distilled over magnesium). After reacting overnight with stirring at ambient temperature, the methanol is evaporated off. The resulting black solid is then dried under vacuum. Cesium triiodide is obtained as a black microcrystalline powder, with quantitative yield.
  • a negative potential is applied at the first electrode, and is gradually increased until a current appears.
  • the potential corresponding to the appearance of a current is -2.5 KV.
  • a stable current of 30 microamps is observed between the source and the target surface.
  • a solution of 0.323 g of cesium triiodide Csl3, 1.51 g of PEG 600, and 0.077 g (5% by weight) of sorbitol (Aldrich) or glycerol (Aldrich) are introduced into a device similar to that shown in Figure 2 , the reservoir having a bent shape.
  • the charged source is then placed under ultrahigh vacuum (10-6 mm Hg).
  • a solution of 0.075 g of cesium fluoride CsF in 1.5 g of PEG 600 (corresponding to 5% by weight of CsF) is loaded into a device similar to that shown in FIG. 2, the reservoir having an angled shape.
  • Example 7 Source using redox-active polymers (poycationic polymers of the bipyridinium type)
  • the polymer After returning to ambient temperature, the polymer is precipitated in 200 mL of diethyl ether with vigorous stirring.
  • the viscous oil thus obtained is dissolved in a dichloromethane/ethanol mixture (50/50) and the solution thus obtained is evaporated under vacuum.
  • the synthesized polymer corresponds to the following formula (I): Formation of a beam of tosylate ions
  • Example 8 Source using cross-linked polymers.
  • the methanol is then evaporated, and the resulting viscous liquid is then introduced into a device similar to that shown in Figure 2, the reservoir having a bent shape.
  • the whole is then steamed at 120°C overnight.
  • the source thus charged is then placed under ultrahigh vacuum (10-6 mm Fig).
  • the application of a negative potential (-9KV) leads to the appearance of a current of 100pA on a Faraday cage placed at a distance from the source.
  • the XPS analysis of the target surface placed in the Faraday cage makes it possible to observe in particular the tosylate ions emitted by the source.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a beam of charged gas-phase species based on a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam. The invention further relates to a device for carrying out the method of the invention.

Description

Procédé pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse et dispositif associé Method for the production of a beam of charged species in the gaseous phase and associated device
La présente invention concerne un procédé pour la production d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse. L’invention concerne également un dispositif adapté à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. The present invention relates to a process for the production of a beam of charged chemical species in the gas phase. The invention also relates to a device suitable for implementing the method according to the invention.
Art antérieur Prior art
Les faisceaux ioniques en phase gazeuse sont connus et trouvent de nombreuses applications, notamment pour l’analyse de surfaces à haute résolution, par exemple par SIMS pour spectrométrie de masse des ions secondaires (en anglais « Secondary Ion Mass Spectrometry »). Ces faisceaux sont également utilisés pour l’imagerie à haute résolution ou encore pour la structuration à haute résolution, par exemple par enlèvement ou dépôt localisé de matière, etc... Ion beams in the gas phase are known and find many applications, in particular for the analysis of high-resolution surfaces, for example by SIMS for secondary ion mass spectrometry. These beams are also used for high-resolution imaging or for high-resolution structuring, for example by removal or localized deposition of material, etc.
Il existe à l’heure actuelle trois grandes familles de dispositifs permettant la production d’ions en phase gazeuse. There are currently three main families of devices allowing the production of ions in the gas phase.
Un premier type de source, dit de type « electrospray », se base sur la technique ESI pour ionisation par électropulvérisation (en anglais « Electrospray lonization »). Cette technique repose sur la préparation d’une dispersion de gouttelettes chargées électriquement. Cette première technologie répond à des besoins spécifiques dans le domaine de la chimie analytique. Par exemple pour la spectrométrie de masse, elle permet l’obtention d’ions moléculaires intacts. Cette première technologie ne permet cependant pas la production de faisceaux d’ions micrométriques stables. En particulier, le niveau de focalisation de ces faisceaux n’est pas suffisant. A first type of source, referred to as the “electrospray” type, is based on the ESI technique for electrospray ionization (“electrospray ionization”). This technique is based on the preparation of a dispersion of electrically charged droplets. This first technology meets specific needs in the field of analytical chemistry. For example for mass spectrometry, it makes it possible to obtain intact molecular ions. However, this first technology does not allow the production of stable micrometric ion beams. In particular, the level of focusing of these beams is not sufficient.
Un deuxième type de source repose sur la technologie SIS pour « ionisation de surface » (en anglais « Surface lonization Source »). Le principe de fonctionnement de ces dispositifs est le suivant : une surface métallique ou en un alliage métallique est chauffée à haute température et sous pression réduite en présence d’un matériau à ioniser introduit sous forme gazeuse. L’interaction des atomes du matériau à ioniser avec la surface chauffée conduit à leur ionisation. Les ions générés sont ensuite extraits de la source puis focalisés. Cette technique est particulièrement adaptée à la production de faisceaux d’ions alcalins (ex : ions césium Cs+) et/ou alcalino-terreux et/ou plus rarement halogènes (ex : ions iodures I ). Ce type de source nécessite cependant des équipements de chauffage complexes afin de maintenir sous forme gazeuse l’espèce chimique à ioniser. De plus, le choix du matériau à ioniser est limité en raison d’une part du besoin de l’introduire sous forme gazeuse et d’autre part de la réactivité nécessaire. Un troisième type de source repose sur l’utilisation de matériaux liquides conducteurs. Connue sous la désignation LMIS pour Source d’ions de Métal Liquide (en anglais « Liquid Métal Ion Sources »), son principe de fonctionnement est représenté sur la figure 1 . La figure 1 représente un dispositif 1 de type LMIS dans lequel un métal liquide 2 (par exemple du gallium) mouille une pointe métallique 3 portée à un potentiel élevé par rapport à un extracteur 4 placé à une faible distance de la pointe métallique 3. Un fort champ électrique appliqué à l’extrémité 5 de la pointe 3 conduit à l’ionisation du métal liquide. Les espèces chimiques 6 ainsi produites peuvent ensuite être focalisées et utilisées pour impacter une cible. Ce type de source est notamment décrit par Jacques Gierak, Focused Ion Beam Technology and Ultimate Applications, Semiconductor Science and Technology, 24(4) :43001 , 2009. Elles sont aujourd’hui très utilisées pour l’analyse et la structuration de surface à l’échelle nanométrique (sonde FIB pour Source Ionique Focalisée en anglais « Focused Ion Beam »). Ces sources trouvent également de nombreuses applications dans le domaine de la microélectronique et sont utilisées partout dans le monde. Son principe de fonctionnement peut par ailleurs être généralisé à l’utilisation d’autres matériaux liquides conducteurs. De tels dispositifs sont notamment décrits dans US 6,337,540, US 8,030,621 et US 9,704,685. Ces sources d’ions sont alors désignées sous le sigle ILIS pour source d’ions de liquide ionique (en anglais « Ionie Liquid Ion Sources »). Une autre variante utilise des sels inorganiques fondus à haute température (Source MiLICIS pour source d’ions de liquide ionique microscopique, en anglais « Microscopie Liquid Ionie Compound Ion Source »). De tels dispositifs sont notamment décrits dans US 2010/0181493 A1. Ces technologies basées sur des sources à liquides conducteurs présentent de nombreux avantages, tels qu’une grande brillance ( i.e . une faible surface d’émission, une distribution étroite de vitesse des ions formant le faisceau et une focalisation importante) et une longue durée de vie. Ces technologies sont toutefois limitées dans le choix des ions qu’il est possible de générer. Par ailleurs, les températures de fonctionnement élevées des sources LMIS et MiLICIS restreignent le choix des ions qu’il est possible d’obtenir. Seuls certains métaux, sels ou combinaisons eutectiques sont accessibles par ces deux méthodes. Les sources ILIS ne permettent quant à elles que d’émettre des ions à partir d’un composé de départ de type liquide ionique, ce qui n’est pas toujours possible. Enfin, il est difficile, voire impossible, de prévenir l’émission, dans le faisceau ionique, de gouttelettes des espèces ioniques de départ. A second type of source is based on the SIS technology for "surface ionization" (in English "Surface ionization Source"). The principle of operation of these devices is as follows: a metal or metal alloy surface is heated to high temperature and under reduced pressure in the presence of a material to be ionized introduced in gaseous form. The interaction of the atoms of the material to be ionized with the heated surface leads to their ionization. The ions generated are then extracted from the source and then focused. This technique is particularly suited to the production of beams of alkaline ions (eg: cesium Cs + ions) and/or alkaline-earth and/or more rarely halogen (eg: iodide I ions). This type of source, however, requires complex heating equipment in order to maintain the chemical species to be ionized in gaseous form. In addition, the choice of the material to be ionized is limited due on the one hand to the need to introduce it in gaseous form and on the other hand to the necessary reactivity. A third type of source is based on the use of conductive liquid materials. Known under the designation LMIS for Liquid Metal Ion Sources (in English “Liquid Metal Ion Sources”), its operating principle is represented in FIG. FIG. 1 represents a device 1 of the LMIS type in which a liquid metal 2 (for example gallium) wets a metal tip 3 brought to a high potential with respect to an extractor 4 placed at a short distance from the metal tip 3. A strong electric field applied to the end 5 of the tip 3 leads to the ionization of the liquid metal. The chemical species 6 thus produced can then be focused and used to impact a target. This type of source is described in particular by Jacques Gierak, Focused Ion Beam Technology and Ultimate Applications, Semiconductor Science and Technology, 24(4):43001, 2009. They are widely used today for surface analysis and structuring at the nanometric scale (FIB probe for Focused Ion Beam). These sources also find numerous applications in the field of microelectronics and are used all over the world. Its operating principle can also be generalized to the use of other conductive liquid materials. Such devices are described in particular in US 6,337,540, US 8,030,621 and US 9,704,685. These ion sources are then designated by the acronym ILIS for ionic liquid ion source (in English “Ionia Liquid Ion Sources”). Another variant uses inorganic salts molten at high temperature (MiLICIS source for microscopic ionic liquid ion source, in English “Microscopie Liquid Ionie Compound Ion Source”). Such devices are in particular described in US 2010/0181493 A1. These technologies based on sources with conductive liquids have many advantages, such as high brilliance (ie. a small emission surface, a narrow velocity distribution of the ions forming the beam and significant focusing) and a long duration of life. These technologies are however limited in the choice of ions that can be generated. Furthermore, the high operating temperatures of the LMIS and MiLICIS sources restrict the choice of ions that can be obtained. Only certain metals, salts or eutectic combinations are accessible by these two methods. The ILIS sources only make it possible to emit ions from a starting compound of the ionic liquid type, which is not always possible. Finally, it is difficult, if not impossible, to prevent the emission, in the ion beam, of droplets of the starting ionic species.
Buts de l’invention Aims of the invention
Il existe donc le besoin de résoudre les problèmes techniques précités. There is therefore a need to solve the aforementioned technical problems.
En particulier, la présente invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à fournir un nouveau procédé permettant de produire, de manière simple, des faisceaux d’une très large variété d’espèces chargées, dans des conditions aussi douces que possible, tout en permettant de prévenir la formation de gouttelettes chargées. In particular, the present invention aims to solve the technical problem of providing a new process for producing, in a simple manner, beams of a very wide variety of charged species, under conditions as mild as possible, while preventing the formation of charged droplets.
En particulier, la présente invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à fournir un nouveau procédé dont la mise en œuvre permet de générer un faisceau d’espèces chimiques complexes, notamment de nanoparticules chargées. In particular, the present invention aims to solve the technical problem of providing a new method whose implementation makes it possible to generate a beam of complex chemical species, in particular charged nanoparticles.
Résumé de l’invention Summary of the invention
La présente invention repose sur un procédé de fabrication d’un faisceau d’espèces chimiques chargées sous forme gazeuse dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est associée à un polymère, le polymère permettant de séparer les espèces chargées avant leur extraction/accélération pour former un faisceau d’espèces chimiques chargées sous forme gazeuse. The present invention is based on a process for manufacturing a beam of charged chemical species in gaseous form in which the precursor species of the beam is associated with a polymer, the polymer making it possible to separate the charged species before their extraction/acceleration to form a bundle of charged chemical species in gaseous form.
Le procédé selon l’invention permet de résoudre l’ensemble des problèmes techniques décrits ci-dessus. The method according to the invention makes it possible to solve all the technical problems described above.
Le procédé selon l’invention est avantageux en ce qu’il permet la préparation de faisceaux d’espèces chimiques chargées de nature chimique variée. Il permet en particulier la production de faisceaux d’ions monoatomiques, de molécules chargées complexes ou encore de nanoparticules chargées. The method according to the invention is advantageous in that it allows the preparation of bundles of charged chemical species of varied chemical nature. In particular, it allows the production of beams of monatomic ions, complex charged molecules or even charged nanoparticles.
Le procédé selon l’invention est également avantageux en ce qu’il est mis en œuvre à une température réduite, par rapport aux procédés de l’art antérieur. En particulier, selon certains modes de réalisation, le procédé de l’invention est efficace à température ambiante. The method according to the invention is also advantageous in that it is implemented at a reduced temperature, compared to the methods of the prior art. In particular, according to certain embodiments, the method of the invention is effective at ambient temperature.
Le procédé selon l’invention est avantageux en ce qu’il permet de sélectionner avec précision la ou les espèces chimiques à extraire et ce grâce au choix spécifique d’une part du polymère et d’autre part du composé précurseur utilisé. The process according to the invention is advantageous in that it makes it possible to select with precision the chemical species or species to be extracted, thanks to the specific choice on the one hand of the polymer and on the other hand of the precursor compound used.
Le procédé selon l’invention est également avantageux en ce qu’il permet de réduire significativement, voire d’empêcher, l’émission de gouttelettes de la composition précurseur. The method according to the invention is also advantageous in that it makes it possible to significantly reduce, or even prevent, the emission of droplets of the precursor composition.
L’invention concerne tout d’abord un procédé pour la production d’un faisceau d’une ou de plusieurs espèces chimiques chargées en phase gazeuse, ce procédé comprenant : The invention relates first of all to a process for the production of a beam of one or more charged chemical species in the gas phase, this process comprising:
1) la fourniture d’un dispositif comprenant : 1) the supply of a device comprising:
- une zone d’émission dudit faisceau en contact avec une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur du faisceau, et - an emission zone of said beam in contact with a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam, and
- une zone de réception dudit faisceau, 2) optionnellement, la mise sous vide du dispositif, de préférence à une pression inférieure ou égale 10-5 hPa, plus préférentiellement à une pression inférieure ou égale à 106 hPa, et - a zone for receiving said beam, 2) optionally, placing the device under vacuum, preferably at a pressure less than or equal to 10 -5 hPa, more preferably at a pressure less than or equal to 10 6 hPa, and
3) la production du faisceau. 3) the production of the beam.
De préférence, le procédé de l’invention comprend : Preferably, the method of the invention comprises:
1) la fourniture d’un dispositif comprenant : 1) the supply of a device comprising:
- une zone d’émission dudit faisceau en contact avec une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur du faisceau, et - an emission zone of said beam in contact with a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam, and
- une zone de réception dudit faisceau, - a zone for receiving said beam,
2) l’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la zone de réception 2) the application of a potential difference between the emission zone and the reception zone
3) optionnellement, la mise sous vide du dispositif, de préférence à une pression inférieure ou égale 105 hPa, plus préférentiellement à une pression inférieure ou égale à 106 hPa, et 3) optionally, placing the device under vacuum, preferably at a pressure less than or equal to 10 5 hPa, more preferably at a pressure less than or equal to 10 6 hPa, and
4) la production du faisceau. 4) beam production.
L’invention concerne encore un dispositif adapté à la mise en œuvre du procédé selon l’invention. The invention also relates to a device suitable for implementing the method according to the invention.
De préférence, le dispositif selon l’invention comprend : Preferably, the device according to the invention comprises:
- une zone d’émission du faisceau en contact avec une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse, - a beam emission zone in contact with a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a beam of charged chemical species in the gaseous phase,
- une zone de réception du faisceau, et - a beam reception area, and
- de manière optionnelle, des moyens permettant d’induire une différence de potentiel entre ladite zone d’émission et ladite zone de réception. - optionally, means making it possible to induce a potential difference between said emission zone and said reception zone.
L’invention concerne en outre l’utilisation d’une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse dans un dispositif pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse, de préférence tel que défini ci-dessus et de manière détaillée ci-dessous, ou dans un procédé pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse, de préférence tel que défini ci-dessus et de manière détaillée ci-dessous. L’ensemble des paragraphes suivants présentent des variantes et des modes de réalisations préférés s’appliquant à la fois au procédé, au dispositif et à l’utilisation selon l’invention tels que définis ci-dessus. The invention further relates to the use of a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a beam of charged chemical species in the gas phase in a device for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably as defined above and in detail below, or in a process for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably as defined above and in a manner detailed below. All of the following paragraphs present variants and preferred embodiments that apply both to the method, to the device and to the use according to the invention as defined above.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend, entre les étapes 1) et 2), une étape intermédiaire d’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la zone de réception du faisceau. According to one embodiment, the method according to the invention comprises, between steps 1) and 2), an intermediate step of applying a potential difference between the emission zone and the reception zone of the beam.
De préférence, la zone d’émission est chauffée à une température allant de 15°C à 600°C, de préférence de 20°C à 300°C. Preferably, the emission zone is heated to a temperature ranging from 15°C to 600°C, preferably from 20°C to 300°C.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend un réservoir permettant de contenir la composition. According to an advantageous embodiment, the device comprises a reservoir making it possible to contain the composition.
Selon un premier mode de réalisation, la ou les espèces précurseurs du faisceau sont sous la forme d’un sel, en association avec un contre-ion. According to a first embodiment, the precursor species of the beam are in the form of a salt, in association with a counter-ion.
De préférence, selon ce mode de réalisation, le polymère comprend des groupements polaires en interaction électrostatique avec ledit contre-ion. Preferably, according to this embodiment, the polymer comprises polar groups in electrostatic interaction with said counterion.
Plus préférentiellement, le polymère comprend des groupements polaires en interaction dipolaire avec ledit contre-ion, avantageusement les groupements polaires du polymère et ledit contre-ion sont en interaction charge-dipôle. More preferably, the polymer comprises polar groups in dipolar interaction with said counter-ion, advantageously the polar groups of the polymer and said counter-ion are in charge-dipole interaction.
Selon un second mode de réalisation, le polymère comprend des groupements chargés et l’espèce précurseur du faisceau est un contre-ion desdits groupements chargés du polymère. According to a second embodiment, the polymer comprises charged groups and the precursor species of the beam is a counter-ion of said charged groups of the polymer.
De préférence, selon ce second mode de réalisation, les groupements chargés du polymère sont formés par réticulation du polymère, de préférence par réticulation covalente du polymère. Preferably, according to this second embodiment, the charged groups of the polymer are formed by crosslinking of the polymer, preferably by covalent crosslinking of the polymer.
Avantageusement, selon ce second mode de réalisation, le polymère est choisi parmi les polymères réticulables susceptibles de former des groupements chargés par réaction avec un agent réticulant. Advantageously, according to this second embodiment, the polymer is chosen from crosslinkable polymers capable of forming charged groups by reaction with a crosslinking agent.
Plus préférentiellement, l’espèce précurseur du faisceau est formée au cours de la réaction réticulation du polymère, de préférence par décomposition d’un agent réticulant. More preferentially, the precursor species of the beam is formed during the crosslinking reaction of the polymer, preferably by decomposition of a crosslinking agent.
Selon une première variante, l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi : des ions monoatomiques, des molécules chargées, des nanoparticules chargées et l’un quelconque de leurs mélanges. De préférence, selon cette première variante, l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des ions monoatomiques, de préférence parmi les ions césium Cs+, les ions iodures I et l’un quelconque de leurs mélanges. According to a first variant, the precursor species of the beam is chosen from: monatomic ions, charged molecules, charged nanoparticles and any one of their mixtures. Preferably, according to this first variant, the precursor species of the beam is chosen from monatomic ions, preferably from cesium Cs + ions, iodide I ions and any one of their mixtures.
Selon une seconde variante, l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des ions pluriatomiques, de préférence sont les ions nitrate NO3 , les ions triiodures I3 , les ions tribromures Br3 , les ions perchlorate CIO4 , les ions azotures N3 et l’un quelconque de leurs mélanges. According to a second variant, the precursor species of the beam is chosen from pluriatomic ions, preferably nitrate ions NO 3 , triiodide ions I 3 , tribromide ions Br 3 , perchlorate ions CIO 4 , azide ions N 3 and any mixture thereof.
Selon une troisième variante, l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des nanoparticules, de préférence parmi des nanoparticules métalliques, des nanoparticules métalloïdes, des nanoparticules carbonées, des nanoparticules semi-conductrices et l’un quelconque de leurs mélanges. According to a third variant, the precursor species of the beam is chosen from nanoparticles, preferably from metallic nanoparticles, metalloid nanoparticles, carbon nanoparticles, semiconductor nanoparticles and any one of their mixtures.
Description détaillée de l’invention Detailed description of the invention
Le dispositif The device
Le dispositif selon l’invention comprend au moins une zone d’émission et au moins une zone de réception du faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse. The device according to the invention comprises at least one emission zone and at least one zone for receiving the beam of charged chemical species in the gaseous phase.
Par « zone d’émission », on entend au sens de l’invention la zone du dispositif dans laquelle le faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse est produit. By “emission zone”, is meant in the sense of the invention the zone of the device in which the beam of charged chemical species in the gaseous phase is produced.
Typiquement, la zone d’émission du dispositif est connue en soi. Ainsi, selon un mode de réalisation, la zone d’émission correspond à un équipement standard utilisé de manière classique dans les dispositifs pour la production de faisceaux ioniques en phase gazeuse. Typically, the emission zone of the device is known per se. Thus, according to one embodiment, the emission zone corresponds to standard equipment conventionally used in devices for the production of ion beams in the gas phase.
De manière connue, la zone d’émission du dispositif comprend : In a known manner, the emission zone of the device comprises:
- une première électrode, placée en contact avec la composition précurseur du faisceau, - a first electrode, placed in contact with the precursor composition of the beam,
- une seconde électrode, également appelée électrode extractrice ou extracteur, placée face à la première électrode, et - a second electrode, also called extractor electrode or extractor, placed opposite the first electrode, and
- des moyens permettant d’induire une différence de potentiel entre ladite première électrode et ladite seconde électrode. - Means for inducing a potential difference between said first electrode and said second electrode.
Par « électrode », on entend au sens de l’invention un élément conducteur électrique servant à libérer ou à capter un courant électrique. By "electrode" is meant in the sense of the invention an electrically conductive element used to release or capture an electric current.
Dans le contexte de l’invention, deux éléments sont dits « en contact » lorsqu’ils sont agencés de manière à garantir une continuité de potentiel entre ces deux éléments. En particulier, l’expression « la première électrode est en contact avec la composition précurseur » signifie que le potentiel de la première électrode est transmis à l’ensemble de la composition précurseur. In the context of the invention, two elements are said to be “in contact” when they are arranged in such a way as to guarantee continuity of potential between these two elements. In particular, the expression “the first electrode is in contact with the precursor composition” means that the potential of the first electrode is transmitted to the whole of the precursor composition.
Selon un premier mode de réalisation, la première électrode est en contact physique direct avec la composition comprenant le polymère et l’espèce chimique précurseur du faisceau. According to a first embodiment, the first electrode is in direct physical contact with the composition comprising the polymer and the precursor chemical species of the beam.
Selon un mode de réalisation préféré, la première électrode est reliée à un élément support, typiquement une pointe, recouvert sur tout ou partie de sa surface de la composition précurseur du faisceau. According to a preferred embodiment, the first electrode is connected to a support element, typically a tip, covered over all or part of its surface with the precursor composition of the beam.
Par « élément support », on entend au sens de l’invention un élément capable de transmettre le potentiel électrique de la première électrode vers la composition précurseur. L’élément support est ainsi destiné à être en contact électrique avec la première électrode, de sorte que le potentiel de la première électrode puisse être transmis de la première électrode à la composition précurseur. By "support element", is meant in the sense of the invention an element capable of transmitting the electric potential of the first electrode to the precursor composition. The support element is thus intended to be in electrical contact with the first electrode, so that the potential of the first electrode can be transmitted from the first electrode to the precursor composition.
L’élément support se distingue ainsi du réservoir décrit plus bas dont la fonction est uniquement de maintenir la composition précurseur en contact avec l’élément support (ou directement avec la première électrode). En effet, le réservoir n’est pas destiné à transmettre le potentiel électrique de la première électrode à quelconque élément et ne forme donc pas un support au sens de l’invention. En particulier, le réservoir n’est pas en contact électrique direct avec la première électrode. The support element thus differs from the reservoir described below, the function of which is solely to keep the precursor composition in contact with the support element (or directly with the first electrode). Indeed, the reservoir is not intended to transmit the electrical potential of the first electrode to any element and therefore does not form a support within the meaning of the invention. In particular, the reservoir is not in direct electrical contact with the first electrode.
De préférence, selon ce mode de réalisation préféré, la première électrode et la composition précurseur du faisceau sont séparés physiquement par ledit élément support. Preferably, according to this preferred embodiment, the first electrode and the precursor composition of the beam are physically separated by said support element.
Le support est typiquement en un matériau conducteur électrique. The support is typically made of an electrically conductive material.
De préférence, l’élément support est en un matériau métallique. Preferably, the support element is made of a metallic material.
La première électrode et la deuxième électrode sont réalisées en un matériau conducteur électrique, de préférence en un matériau métallique. The first electrode and the second electrode are made of an electrically conductive material, preferably of a metallic material.
De préférence, la première électrode est réalisée en un matériau capable de résister à des températures pouvant aller jusqu’à 600°C. Preferably, the first electrode is made of a material capable of withstanding temperatures of up to 600°C.
Plus préférentiellement, la première électrode est en un matériau choisi parmi : l’or Au ; le platine Pt ; le tungstène W, éventuellement revêtu d’une fine couche d’or, et l’un quelconque de leurs alliages. More preferably, the first electrode is made of a material chosen from: gold Au; platinum Pt; tungsten W, optionally coated with a thin layer of gold, and any of their alloys.
Avantageusement, la première électrode est en tungstène W, éventuellement revêtu d’une fine couche d’or. De préférence, la seconde électrode (ou électrode extractrice) est en un matériau choisi parmi l’acier, le tantale Ta, le molybdène Mo et l’un quelconques de leurs alliages. Advantageously, the first electrode is made of tungsten W, optionally coated with a thin layer of gold. Preferably, the second electrode (or extractor electrode) is made of a material chosen from among steel, tantalum Ta, molybdenum Mo and any one of their alloys.
Avantageusement, la seconde électrode est sous la forme d’un anneau, centré par rapport à l’extrémité de la première électrode ou du support, notamment de la pointe. L’extrémité de la première électrode ou du support, notamment de la pointe, définit ainsi la zone d’émission des espèces chargées qui passent ensuite au centre de l’anneau de l’électrode extractrice pour former un faisceau d’espèces chimiques chargées. Advantageously, the second electrode is in the form of a ring, centered with respect to the end of the first electrode or of the support, in particular of the tip. The end of the first electrode or of the support, in particular of the tip, thus defines the zone of emission of the charged species which then pass through the center of the ring of the extracting electrode to form a beam of charged chemical species.
Des moyens permettant l’application d’une différence de potentiel entre la première électrode et la seconde électrode consistent par exemple en une alimentation haute tension. Means allowing the application of a potential difference between the first electrode and the second electrode consist for example of a high voltage power supply.
De préférence, au cours du fonctionnement du dispositif, la valeur absolue de la différence entre le potentiel de la première électrode et de la deuxième électrode (électrode extractrice), également appelée tension d’extraction, va de 1 kV à 20 kV, plus préférentiellement de 1 kV à 10 kV. Preferably, during operation of the device, the absolute value of the difference between the potential of the first electrode and the second electrode (extraction electrode), also called extraction voltage, ranges from 1 kV to 20 kV, more preferably from 1 kV to 10 kV.
Par « zone de réception », on entend au sens de l’invention la zone du dispositif destinée à recevoir le faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse. By “reception zone”, is meant in the sense of the invention the zone of the device intended to receive the beam of charged chemical species in the gaseous phase.
De préférence, la zone de réception est placée face à la zone d’émission, par rapport au faisceau généré, typiquement la zone de réception comprend une surface plane disposée orthogonalement par rapport au faisceau généré. Preferably, the reception zone is placed opposite the emission zone, with respect to the generated beam, typically the reception zone comprises a flat surface arranged orthogonally with respect to the generated beam.
Selon un mode de réalisation préféré, la zone de réception comprend en outre :According to a preferred embodiment, the reception area further comprises:
- une électrode supplémentaire, désignée ci-après troisième électrode ou électrode d’accélération, et - an additional electrode, hereinafter referred to as the third electrode or acceleration electrode, and
- des moyens permettant d’induire une différence de potentiel entre la zone d’émission et ladite troisième électrode. - means for inducing a potential difference between the emission zone and said third electrode.
L’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la troisième électrode permet de fixer l’énergie du faisceau d’ions généré, ce qui permet de focaliser le faisceau généré dans une direction spécifique définie par la position de la troisième électrode. The application of a potential difference between the emission zone and the third electrode makes it possible to fix the energy of the ion beam generated, which makes it possible to focus the generated beam in a specific direction defined by the position of the third electrode.
De préférence, la troisième électrode est en un matériau conducteur électrique, de préférence elle est métallique. Plus préférentiellement, la troisième électrode est en un métal inerte chimiquement, typiquement choisi par exemple parmi (de façon non exhaustive): l’argent Ag, le platine Pt, l’or Au, le tantale Ta, le molybdène Mo et l’un quelconque de leurs alliages. Preferably, the third electrode is made of an electrically conductive material, preferably it is metallic. More preferably, the third electrode is made of a chemically inert metal, typically chosen for example from (non-exhaustively): silver Ag, platinum Pt, gold Au, tantalum Ta, molybdenum Mo and one any of their alloys.
Avantageusement, la troisième électrode est en un métal choisi parmi : le tantale Ta, le molybdène Mo, le tungstène W et l’un quelconque de leurs alliages, plus avantageusement parmi le tantale Ta, le molybdène Mo et l’un quelconque de leurs alliages. Advantageously, the third electrode is made of a metal chosen from: tantalum Ta, molybdenum Mo, tungsten W and any one of their alloys, more advantageously from tantalum Ta, molybdenum Mo and any one of their alloys .
De préférence, la surface de la troisième électrode est plane. Preferably, the surface of the third electrode is planar.
Selon un mode de réalisation avantageux, les constituants de la troisième électrode ne présentent pas d'interférence en spectroscopie aux rayons X, notamment en spectroscopie à énergie dispersive EDS (en anglais « Energy Dispersive X-ray Spectroscopy ») ou en spectroscopie photo-électronique XPS (en anglais « X-ray Photoelectron Spectroscopy »), avec les espèces chargées constituant le faisceau d’ions, ce qui permet d’en faciliter l’analyse. According to an advantageous embodiment, the constituents of the third electrode do not exhibit any interference in X-ray spectroscopy, in particular in energy dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) or in photo-electron spectroscopy. XPS (in English “X-ray Photoelectron Spectroscopy”), with the charged species constituting the ion beam, which facilitates its analysis.
Des moyens permettant l’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la troisième électrode consistent par exemple en une seconde alimentation haute tension. Means allowing the application of a potential difference between the emission zone and the third electrode consist for example of a second high voltage power supply.
De préférence, au cours du fonctionnement du dispositif, la valeur absolue de la différence entre le potentiel de la zone d’émission et le potentiel de la troisième électrode, également appelée tension d’accélération ou énergie des ions, va de 1 kV à 50 kV, plus préférentiellement de 1 kV à 30 kV. Preferably, during operation of the device, the absolute value of the difference between the potential of the emission zone and the potential of the third electrode, also called acceleration voltage or ion energy, ranges from 1 kV to 50 kV, more preferably from 1 kV to 30 kV.
De préférence, le dispositif selon l’invention comprend en outre un réservoir permettant de contenir la composition précurseur. La présence d’un réservoir est nécessaire pour augmenter la durée de vie de la source. Preferably, the device according to the invention also comprises a reservoir making it possible to contain the precursor composition. The presence of a reservoir is necessary to increase the life of the source.
Le réservoir est disposé de telle sorte que la composition précurseur est en contact avec au moins une partie de la surface de la zone d’émission du faisceau, de préférence avec l’élément de support ou directement avec la première électrode. The reservoir is arranged such that the precursor composition is in contact with at least part of the surface of the beam emission zone, preferably with the support element or directly with the first electrode.
Le type de réservoir dépend de la nature de la composition précurseur, et notamment de sa viscosité. Si la composition précurseur présente une viscosité suffisamment élevée pour rester à la surface de la zone d’émission, le matériau peut rester fixé par capillarité et le réservoir peut alors être placé à l’extérieur de la zone d’émission. A l’inverse, si la composition présente une viscosité insuffisamment élevée, notamment si elle coule sous l’effet de son propre poids et ne reste donc pas à la surface de la zone d’émission, le réservoir doit être présent au niveau de la zone d’émission. Avantageusement, le réservoir est en un matériau capable de résister à des températures pouvant aller jusqu’à 600°C. Des exemples de tels matériaux sont par exemple le verre, la céramique, l’acier inoxydable... The type of reservoir depends on the nature of the precursor composition, and in particular on its viscosity. If the precursor composition has a sufficiently high viscosity to remain on the surface of the emission zone, the material can remain fixed by capillary action and the reservoir can then be placed outside the emission zone. Conversely, if the composition has an insufficiently high viscosity, in particular if it flows under the effect of its own weight and therefore does not remain on the surface of the emission zone, the reservoir must be present at the level of the emission area. Advantageously, the tank is made of a material capable of withstanding temperatures which can range up to 600° C. Examples of such materials are for example glass, ceramic, stainless steel...
Selon une première variante, le réservoir est placé à proximité de la zone d’émission et est équipé de moyens permettant de revêtir au moins partiellement la surface de la zone d’émission avec la composition. According to a first variant, the reservoir is placed close to the emission zone and is equipped with means making it possible to at least partially coat the surface of the emission zone with the composition.
De préférence, selon cette variante, le dispositif est équipé de moyens fluidiques, notamment micro-fluidiques, permettant le transfert de la composition du réservoir vers la surface de la zone d’émission. Preferably, according to this variant, the device is equipped with fluidic means, in particular microfluidic means, allowing the transfer of the composition from the reservoir to the surface of the emission zone.
Selon une variante préférée, le réservoir est disposé autour de la zone d’émission.According to a preferred variant, the reservoir is arranged around the emission zone.
Selon cette variante préférée, le réservoir définit au moins une première ouverture destinée à être placée face à la zone de réception du faisceau. Ainsi, l’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la zone de réception du faisceau, conduit à la formation au niveau de ladite première ouverture du réservoir d’un cône de Taylor à partir duquel le faisceau d’espèces chargées est émis. According to this preferred variant, the reservoir defines at least one first opening intended to be placed facing the zone for receiving the beam. Thus, the application of a potential difference between the zone of emission and the zone of reception of the beam, leads to the formation at the level of said first opening of the reservoir of a Taylor cone from which the beam of charged cash is issued.
De préférence, selon cette variante, le réservoir définit une seconde ouverture, ladite seconde ouverture étant disposée à l’extrémité opposée du réservoir par rapport à la première ouverture. Preferably, according to this variant, the reservoir defines a second opening, said second opening being arranged at the opposite end of the reservoir with respect to the first opening.
De préférence, selon cette variante, le réservoir présente la forme d’un cylindre droit, de préférence à section circulaire, centré autour de la première électrode. Dans ce cas, la première et la seconde ouverture sont alignées. Preferably, according to this variant, the reservoir has the shape of a straight cylinder, preferably of circular section, centered around the first electrode. In this case, the first and the second opening are aligned.
De manière avantageuse, le cylindre présente un diamètre allant de 50 pm à 5 mm, de préférence de 100 pm à 2 mm. Advantageously, the cylinder has a diameter ranging from 50 μm to 5 mm, preferably from 100 μm to 2 mm.
Un tel réservoir est également désigné par le terme « capillaire ». Such a reservoir is also designated by the term “capillary”.
Selon un mode de réalisation, le réservoir peut présenter une forme coudée dite « en L ». Dans ce cas, le réservoir est constitué de deux segments sensiblement perpendiculaires et reliés entre eux. L’extrémité de l’un des segments définit alors une première ouverture faisant face à la zone de réception du faisceau et définissant la zone de formation du cône de T aylor. L’extrémité de l’autre segment définit par ailleurs une seconde ouverture disposée perpendiculairement par rapport à la zone d’émission. According to one embodiment, the reservoir may have a so-called “L” bent shape. In this case, the reservoir consists of two segments that are substantially perpendicular and interconnected. The end of one of the segments then defines a first opening facing the reception zone of the beam and defining the zone of formation of the Taylor cone. The end of the other segment also defines a second opening arranged perpendicularly with respect to the emission zone.
Ainsi, et en cas de dégagement gazeux au niveau de la zone démission, l’utilisation d’un réservoir de forme coudée permet d’évacuer ces dégagements gazeux, sans perturber la zone d’émission. En effet, les gaz formés sont évacués au travers de la seconde ouverture, prévenant ainsi la migration du gaz vers la zone d’émission. Selon un mode de réalisation, lorsque le réservoir est disposé autour de la zone d’émission, la première ouverture du réservoir, faisant face à la zone de réception du faisceau, est équipée d’un embout, de préférence de forme tronconique, laissant un passage au faisceau généré. L’emploi d’un embout permet alors de faciliter la formation du cône de Taylor. Thus, and in the event of gas release at the level of the emission zone, the use of a bent-shaped tank makes it possible to evacuate these gas releases, without disturbing the emission zone. Indeed, the gases formed are evacuated through the second opening, thus preventing the migration of the gas towards the emission zone. According to one embodiment, when the reservoir is arranged around the emission zone, the first opening of the reservoir, facing the reception zone of the beam, is equipped with a tip, preferably of frustoconical shape, leaving a passage to the generated beam. The use of a tip then facilitates the formation of the Taylor cone.
De préférence, l’embout de forme tronconique présente un angle sensiblement égal à 90°. Preferably, the tapered tip has an angle substantially equal to 90°.
L’embout est typiquement réalisé en un matériau isolant électrique, de préférence en un matériau rigide, isolant électrique et inerte chimiquement vis-à-vis du polymère et de l’espèce précurseur du faisceau. The tip is typically made of an electrically insulating material, preferably of a rigid material, electrically insulating and chemically inert with respect to the polymer and the precursor species of the beam.
De préférence, l’embout est réalisé en un matériau capable de résister à des températures pouvant aller jusqu’à 600°C. Preferably, the end piece is made of a material capable of withstanding temperatures of up to 600°C.
A titre d’exemple de matériaux adaptés pour l’embout, on peut notamment citer le verre, les silicates ou encore des matériaux polymériques comme le polyétheréthercétone (PEEK). On parle aussi de manchon pour l’embout. By way of example of materials suitable for the tip, mention may in particular be made of glass, silicates or even polymeric materials such as polyetheretherketone (PEEK). Also referred to as a sleeve for the tip.
Selon une variante, l’embout peut être usiné dans le corps du réservoir, typiquement à sa première ouverture. According to a variant, the tip can be machined in the body of the tank, typically when it is first opened.
De manière optionnelle, le dispositif de l’invention peut également comprendre des moyens de mise sous vide du dispositif. Optionally, the device of the invention may also comprise means for placing the device under vacuum.
Avantageusement, la mise sous vide du dispositif permet de faciliter l’émission des espèces chimiques chargées en phase gazeuse. La présence de tels moyens n’est cependant pas obligatoire et dépend de la nature du polymère et de l’espèce précurseur utilisés. L’homme du métier déterminera le besoin de tels moyens en fonction du polymère et de l’espèce précurseur sélectionnés. Advantageously, placing the device under vacuum makes it possible to facilitate the emission of charged chemical species in the gaseous phase. The presence of such means is however not mandatory and depends on the nature of the polymer and the precursor species used. Those skilled in the art will determine the need for such means depending on the polymer and the precursor species selected.
Des moyens adaptés à la présente invention permettent typiquement d’atteindre une pression inférieure ou égale à 105 hPa, de préférence inférieure ou égale à 106 hPa. Means adapted to the present invention typically make it possible to reach a pressure of less than or equal to 10 5 hPa, preferably less than or equal to 10 6 hPa.
Des équipements permettant d’atteindre de telles pressions sont bien connus de l’homme du métier. Ces équipements peuvent par exemple consister en l’association d’une première de type turbo-moléculaire ou pompage ionique permettant d’atteindre des pressions inférieures à 106 hPa et d’une une seconde pompe dite primaire permettant d’atteindre une pression limite de 102 hPa. Equipment making it possible to achieve such pressures is well known to those skilled in the art. This equipment can for example consist of the association of a first of the turbo-molecular type or ion pumping making it possible to reach pressures lower than 10 6 hPa and a second so-called primary pump making it possible to reach a limit pressure of 10 2 hPa.
De manière optionnelle, le dispositif peut également comprendre des moyens de chauffage de la composition. Par « moyens de chauffage », on entend au sens de l’invention des équipements permettant de porter la composition à une température allant de 15°C à 600°C, de préférence de 20°C à 300°C. Optionally, the device can also comprise means for heating the composition. By “heating means”, is meant within the meaning of the invention equipment making it possible to bring the composition to a temperature ranging from 15° C. to 600° C., preferably from 20° C. to 300° C.
Avantageusement, la présence de moyens de chauffage permet de faciliter l’émission des espèces chimiques chargées en phase gazeuse. Leur nécessité dépend à la fois de la nature du polymère et de celle du composé précurseur du faisceau. L’homme du métier déterminera le besoin de tels moyens en fonction du polymère et de l’espèce précurseur sélectionnés. Advantageously, the presence of heating means makes it possible to facilitate the emission of charged chemical species in the gaseous phase. Their necessity depends both on the nature of the polymer and that of the precursor compound of the beam. Those skilled in the art will determine the need for such means depending on the polymer and the precursor species selected.
Les moyens de chauffage peuvent être directs ou indirects. The heating means can be direct or indirect.
Par « moyen de chauffage direct », on entend au sens de l’invention un moyen de chauffage disposé en contact physique direct avec la composition ou le réservoir. By “direct heating means”, is meant within the meaning of the invention a heating means arranged in direct physical contact with the composition or the reservoir.
Par « moyen de chauffage indirect », on entend au sens de l’invention un moyen de chauffage séparé physiquement de la composition ou du réservoir par un matériau intermédiaire, notamment un matériau isolant. A titre d’exemple, des moyens de chauffage adaptés peuvent consister en un fil métallique, notamment en molybdène Mo, ou tungstène W, enroulé autour de la première électrode et/ou du réservoir et dans lequel un courant électrique circule. By “indirect heating means”, is meant within the meaning of the invention a heating means physically separated from the composition or from the reservoir by an intermediate material, in particular an insulating material. By way of example, suitable heating means may consist of a metal wire, in particular molybdenum Mo, or tungsten W, wound around the first electrode and/or the reservoir and in which an electric current flows.
La composition The composition
La zone d’émission du dispositif est en contact avec une composition précurseur comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur du faisceau. The emission zone of the device is in contact with a precursor composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam.
Avantageusement, la composition revêt tout ou partie de la surface de la première électrode, ou du support, définis ci-dessus, de préférence sur son extrémité proximale de la seconde électrode (électrode d’extraction). Advantageously, the composition coats all or part of the surface of the first electrode, or of the support, defined above, preferably on its proximal end of the second electrode (extraction electrode).
De préférence, au moins 50% de la surface de la première électrode ou du support, notamment de la pointe, est revêtue avec la composition, plus préférentiellement au moins 75%, encore plus préférentiellement au moins 90%, avantageusement au moins 95%, et plus avantageusement 100 %. Preferably, at least 50% of the surface of the first electrode or of the support, in particular of the tip, is coated with the composition, more preferably at least 75%, even more preferably at least 90%, advantageously at least 95%, and more preferably 100%.
De préférence, l’espèce précurseur du faisceau et le polymère sont présents dans la composition selon un ratio molaire allant de 10 :1 à 1 :1 000, plus préférentiellement de 10 :1 à 1 : 500, et encore plus préférentiellement de 10 : 1 à 1 : 100. Preferably, the precursor species of the beam and the polymer are present in the composition according to a molar ratio ranging from 10:1 to 1:1000, more preferably from 10:1 to 1:500, and even more preferably from 10: 1 to 1: 100.
La composition peut également comprendre d’autres composés susceptibles de modifier les propriétés de la composition. Ces composés optionnels peuvent par exemple être introduits pour modifier la viscosité de la composition, sa température de fusion ou ses propriétés d’adhésion, ... Des exemples de tels composés optionnels sont par exemple des polymères différents du polymère défini ci-dessous et détaillé ci-après, notamment choisis parmi les ionomères. The composition can also comprise other compounds capable of modifying the properties of the composition. These optional compounds can for example be introduced to modify the viscosity of the composition, its melting point or its adhesion properties, etc. Examples of such optional compounds are, for example, polymers different from the polymer defined below and detailed below, in particular chosen from ionomers.
La composition peut également comprendre des composés ou polymères présentant des propriétés d’oxydo-réduction, permettant de moduler les effets rédox (d’oxydo-réduction) se produisant pendant la production du faisceau. The composition may also comprise compounds or polymers having oxidation-reduction properties, making it possible to modulate the redox (oxidation-reduction) effects occurring during the production of the beam.
Les espèces chimiques chargées Charged chemical species
Le procédé selon l’invention permet la production d’un faisceau comprenant une ou plusieurs espèces chimiques gazeuses dont la nature chimique précise est prédéterminée par le choix d’une part de la ou des espèces précurseur du faisceau et d’autre part du polymère. Le choix des éléments constituant la composition permet en particulier de contrôler la charge des éléments chimiques constituant le faisceau mais aussi leur taille, notamment dans la cadre de faisceaux de nanoparticules chargées. The method according to the invention allows the production of a beam comprising one or more gaseous chemical species whose precise chemical nature is predetermined by the choice on the one hand of the precursor species of the beam and on the other hand of the polymer. The choice of the elements constituting the composition makes it possible in particular to control the charge of the chemical elements constituting the beam but also their size, in particular in the context of beams of charged nanoparticles.
De préférence, la ou les espèces chimiques chargées constituant le faisceau sont choisies parmi : des ions monoatomiques, des molécules chargées, des nanoparticules chargées et l’un quelconque de leurs mélanges. Preferably, the charged chemical species or species constituting the beam are chosen from: monatomic ions, charged molecules, charged nanoparticles and any of their mixtures.
Lorsque la ou les espèces chimiques chargées constituant le faisceau sont choisies parmi les ions monoatomiques, elles sont de préférence choisies parmi des ions alcalins, des ions alcalino-terreux, des ions halogénures, des ions métalliques et l’un quelconque de leurs mélanges, de préférence parmi des ions alcalins, des ions halogénures, et l’un quelconque de leurs mélanges, plus préférentiellement parmi les ions césium Cs+, les ions iodures I , et l’un quelconque de leurs mélanges. When the charged chemical species constituting the beam are chosen from monatomic ions, they are preferably chosen from alkali metal ions, alkaline-earth ions, halide ions, metal ions and any one of their mixtures, from preferably from alkaline ions, halide ions, and any one of their mixtures, more preferably from cesium Cs + ions, iodide I ions, and any one of their mixtures.
Lorsque la ou les espèces chimiques chargées constituant le faisceau sont choisies parmi des molécules chargées, elles sont de préférence choisies parmi les ions chimiquement réactifs, plus préférentiellement parmi les ions nitrate NO3 , les ions triioduresWhen the charged chemical species constituting the beam are chosen from charged molecules, they are preferably chosen from chemically reactive ions, more preferably from nitrate ions NO 3 , triiodide ions
I3 , les ions tribromures Br3 , les ions perchlorate CIO4 , les ions azotures N3 et l’un quelconque de leurs mélanges. I 3 , Br 3 tribromide ions, CIO 4 perchlorate ions, N 3 azide ions and any one of their mixtures.
Parmi les molécules chargées susceptibles de former le faisceau de l’invention, on peut également citer les ions tosylate. Among the charged molecules capable of forming the beam of the invention, mention may also be made of tosylate ions.
Lorsque les espèces chimiques chargées constituant le faisceau sont choisies parmi des nanoparticules chargées, elles sont de préférence choisies parmi des nanoparticules métalliques ; des nanoparticules métalloïdes ; des nanoparticules carbonées, hydrogénées ou non-hydrogénées ; des nanoparticules semi-conductrices et l’un quelconque de leurs mélanges. De préférence, les nanoparticules sont fonctionnalisées sur tout ou partie de leur surface par des groupements chimiques chargés. Les groupements chimiques de surface peuvent être de nature variée et peuvent être choisis parmi l’ensemble des groupements anioniques ou cationiques connus de l’homme du métier. Comme exemples de groupements chimiques chargés, on peut notamment citer des groupements carboxylates, des groupements sulfates, des groupements phénolates, des groupements ammoniums. Ainsi selon un mode de réalisation, les nanoparticules sont des composés hybrides organiques-inorganiques. When the charged chemical species constituting the beam are chosen from charged nanoparticles, they are preferably chosen from metallic nanoparticles; metalloid nanoparticles; carbonaceous, hydrogenated or non-hydrogenated nanoparticles; semiconductor nanoparticles and any mixtures thereof. Preferably, the nanoparticles are functionalized over all or part of their surface by charged chemical groups. The surface chemical groups can be of varied nature and can be chosen from all the anionic or cationic groups known to those skilled in the art. As examples of charged chemical groups, mention may in particular be made of carboxylate groups, sulphate groups, phenolate groups, ammonium groups. Thus according to one embodiment, the nanoparticles are hybrid organic-inorganic compounds.
La fonctionnalisation de la surface des nanoparticules peut être réalisée par tout procédé connu et notamment par le dépôt d’une ou de plusieurs couches de revêtement ou encore par greffage de groupements chimiques. The functionalization of the surface of the nanoparticles can be carried out by any known method and in particular by the deposition of one or more coating layers or even by grafting of chemical groups.
Lorsque les nanoparticules sont choisies parmi les nanoparticules métalliques, elles sont de préférence choisies parmi les nanoparticules de métaux nobles telles que les nanoparticules d’Or (Au) ou encore les nanoparticules de Platine (Pt) ; de métaux de transition telles que les nanoparticules de fer (Fe), les nanoparticules de cuivre (Cu) et les nanoparticules d’argent Ag ; les polyoxométallates et les nanoparticules de l’un quelconque de leurs alliages. When the nanoparticles are chosen from metallic nanoparticles, they are preferably chosen from noble metal nanoparticles such as gold (Au) nanoparticles or else platinum (Pt) nanoparticles; transition metals such as iron (Fe) nanoparticles, copper (Cu) nanoparticles and silver Ag nanoparticles; polyoxometallates and nanoparticles of any of their alloys.
Lorsque les nanoparticules sont choisies parmi les nanoparticules métalloïdes, elles sont de préférence choisies parmi les nanoparticules de bore (B), les nanoparticules de silicium (Si), les nanoparticules de germanium (Ge) et les nanoparticules de l’un quelconque de leurs mélanges, plus préférentiellement parmi les nanoparticules de silicium (Si) et les nanoparticules de germanium (Ge). When the nanoparticles are chosen from metalloid nanoparticles, they are preferably chosen from boron (B) nanoparticles, silicon (Si) nanoparticles, germanium (Ge) nanoparticles and nanoparticles of any one of their mixtures , more preferably from silicon (Si) nanoparticles and germanium (Ge) nanoparticles.
Lorsque les nanoparticules sont choisies parmi les nanoparticules carbonées, elles sont de préférence choisies parmi les nanoparticules de carbone, notamment les fullerènes comme le Buckminster fullerène (C60), les hydrocarbures aromatiques polycycliques, notamment le coronène, ou encore parmi les nano-graphènes et l’un quelconque de leurs mélanges. When the nanoparticles are chosen from carbon nanoparticles, they are preferably chosen from carbon nanoparticles, in particular fullerenes such as Buckminster fullerene (C60), polycyclic aromatic hydrocarbons, in particular coronene, or even from nano-graphenes and l any of their mixtures.
Lorsque les nanoparticules sont choisies parmi les nanoparticules semi-conductrices, elles sont de préférence choisies parmi des agrégats de nanoparticules de silicium Si et de nanoparticules de phosphore P et/ou d’Arsenic As, des agrégats de nanoparticules de silicium Si et de particules de bore B, et l’un quelconque de leurs mélanges. When the nanoparticles are chosen from semiconducting nanoparticles, they are preferably chosen from aggregates of silicon Si nanoparticles and of phosphorus P and/or arsenic As nanoparticles, aggregates of silicon Si nanoparticles and of boron B, and any mixture thereof.
La ou les espèces chimiques précurseurs peuvent être introduites dans le dispositif selon l’invention directement sous la forme de l’espèce chimique à extraire/accélérer ou bien sous la forme d’un composé précurseur, dénommé ci-après composé précurseur du faisceau ou encore composé précurseur d’espèces chimiques chargées gazeuses. Par « composé précurseur du faisceau », on entend au sens de l’invention un composé chimique qui, combiné avec un polymère de l’invention, se dissocie en espèces précurseur susceptibles d’être accélérées pour former un faisceau en phase gazeuse. The precursor chemical species or species can be introduced into the device according to the invention directly in the form of the chemical species to be extracted/accelerated or else in the form of a precursor compound, hereinafter referred to as precursor compound of the beam or even precursor compound of gaseous charged chemical species. By “precursor compound of the beam”, is meant within the meaning of the invention a chemical compound which, combined with a polymer of the invention, dissociates into precursor species capable of being accelerated to form a beam in the gas phase.
De préférence, le composé précurseur du faisceau est choisi parmi les sels, les agents réticulants du polymère et l’un quelconque de leurs mélanges. Preferably, the precursor compound of the bundle is chosen from salts, crosslinking agents of the polymer and any one of their mixtures.
Selon une première variante, la ou les espèces précurseurs sont présentes dans la composition directement sous la forme de la ou des espèces chimiques à extraire/accélérer. According to a first variant, the precursor species or species are present in the composition directly in the form of the chemical species or species to be extracted/accelerated.
De préférence, selon cette première variante, la ou les espèces chimiques chargées sont choisies parmi des ions, des nanoparticules chargées et l’un quelconque de leurs mélanges. Preferably, according to this first variant, the charged chemical species or species are chosen from ions, charged nanoparticles and any of their mixtures.
Les modes de réalisations et les variantes détaillées ci-dessus dans le contexte des espèces chimiques ioniques et sous forme de nanoparticules s’appliquent également aux composés précurseurs choisis selon cette première variante. The embodiments and variants detailed above in the context of ionic chemical species and in the form of nanoparticles also apply to the precursor compounds chosen according to this first variant.
Selon une seconde variante, la ou les espèces précurseurs du faisceau sont présentes dans la composition sous la forme d’un sel, en association avec au moins un contre-ion. According to a second variant, the precursor species of the beam are present in the composition in the form of a salt, in association with at least one counterion.
Le sel peut être organique ou inorganique. The salt can be organic or inorganic.
De préférence, les sels sont choisis parmi les sels inorganiques. Preferably, the salts are chosen from inorganic salts.
Plus préférentiellement, les sels inorganiques sont choisis parmi les sels métalliques, de préférence parmi les halogénures de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux comme par exemple l’iodure de césium Csl, le triiodure de césium CsU, le fluorure de césium CsF, les nitrates de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, et l’un quelconque de leurs mélanges. More preferentially, the inorganic salts are chosen from metal salts, preferably from alkali metal and/or alkaline-earth metal halides such as, for example, cesium iodide Csl, cesium triiodide CsU, cesium fluoride CsF, alkali and/or alkaline earth metal nitrates, and any mixture thereof.
Avantageusement, les sels inorganiques sont choisis parmi les sels métalliques, de préférence parmi les halogénures de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux comme par exemple l’iodure de césium Csl, les nitrates de métaux alcalins et/ou alcalino-terreux, et l’un quelconque de leurs mélanges. Advantageously, the inorganic salts are chosen from metal salts, preferably from alkali metal and/or alkaline-earth metal halides such as cesium iodide Csl, alkali metal and/or alkaline-earth metal nitrates, and any of their mixtures.
Selon un mode de réalisation particulier, le sel inorganique est le triiodure de césium CSI3. Le triiodure de césium est avantageux en ce qu’il présente la particularité de pouvoir à la fois capter (oxydant) et de fournir (réducteur) des électrons. Il permet ainsi de faciliter la gestion des effets redox se produisant au contact de l’élément support (ou directement au contact de la première électrode), ces effets redox permettant avantageusement d’appliquer le potentiel d’extraction des ions à la composition précurseur. La réduction de ce composé contre l’élément support (ou directement au contact de la première électrode) permet avantageusement de générer les ions iodure à extraire. According to a particular embodiment, the inorganic salt is cesium triiodide CSI 3 . Cesium triiodide is advantageous in that it has the particularity of being able to both capture (oxidant) and provide (reducer) electrons. It thus makes it possible to facilitate the management of the redox effects occurring in contact with the support element (or directly in contact with the first electrode), these redox effects advantageously making it possible to apply the ion extraction potential to the precursor composition. The reduction of this compound against the support element (or directly in contact with the first electrode) advantageously makes it possible to generate the iodide ions to be extracted.
Selon un mode de réalisation particulier, l’espèce précurseur du faisceau est formée in situ par décomposition d’un agent réticulant le polymère. According to a particular embodiment, the precursor species of the beam is formed in situ by decomposition of an agent crosslinking the polymer.
Selon cette variante, les espèces chimiques chargées à extraire sont libérées au cours de la réaction entre le polymère et l’agent réticulant. En particulier, au cours de la réticulation, l’agent réticulant se dissocie de manière d’une part à réticuler le polymère et d’autre part à libérer la ou les espèces chimiques précurseurs du faisceau. According to this variant, the charged chemical species to be extracted are released during the reaction between the polymer and the crosslinking agent. In particular, during the crosslinking, the crosslinking agent dissociates so as on the one hand to crosslink the polymer and on the other hand to release the precursor chemical species of the beam.
De préférence, l’agent réticulant le polymère est choisi parmi les agents réticulant covalent. Preferably, the agent crosslinking the polymer is chosen from covalent crosslinking agents.
Par « agent réticulant covalent », on entend au sens de l’invention des agents réticulant le polymère par la formation de liaisons covalentes. By “covalent crosslinking agent”, is meant within the meaning of the invention agents crosslinking the polymer by the formation of covalent bonds.
Plus préférentiellement, l’agent réticulant est choisi parmi des dérivés dihalogénés, tels que les dihalogénoalcanes ou des dérivés de polyéthylènes glycol fonctionnalisés par des halogènes ou pseudohalogènes (tosylates, mésylates, ...). More preferably, the crosslinking agent is chosen from dihalogenated derivatives, such as dihalogenoalkanes or derivatives of polyethylene glycol functionalized by halogens or pseudohalogens (tosylates, mesylates, etc.).
Avantageusement, l’agent réticulant est choisi parmi : les polyéthylèneglycols fonctionnalisés par des groupements halogènes ou pseudo-halogènes. Advantageously, the crosslinking agent is chosen from: polyethylene glycols functionalized with halogen or pseudo-halogen groups.
Par « pseudohalogène » ou « dérivé sulfonylé », on entend au sens de l’invention des dérivés mésylates, tosylates, triflates ou l’un quelconque de leurs mélanges. By “pseudohalogen” or “sulfonylated derivative”, is meant within the meaning of the invention mesylates, tosylates, triflates derivatives or any of their mixtures.
De manière avantageuse, la réticulation du polymère est réalisée à la surface de la zone d’émission revêtue de la composition. Ce mode de réalisation est avantageux en ce qu’il permet d’immobiliser le polymère sur la surface de la zone d’émission. Advantageously, the crosslinking of the polymer is carried out at the surface of the emission zone coated with the composition. This embodiment is advantageous in that it makes it possible to immobilize the polymer on the surface of the emission zone.
Le polymère The polymer
La composition comprend également au moins un polymère. L’utilisation du polymère permet de séparer les espèces chimiques chargées avant leur extraction/accélération. The composition also includes at least one polymer. The use of the polymer makes it possible to separate the charged chemical species before their extraction/acceleration.
Avantageusement, le polymère est en interaction électrostatique et/ou en interaction dipolaire avec l’espèce précurseur du faisceau et/ou un contre-ion de l’espèce précurseur du faisceau. Advantageously, the polymer is in electrostatic interaction and/or in dipolar interaction with the precursor species of the beam and/or a counter-ion of the precursor species of the beam.
De préférence, le polymère est choisi parmi les polymères comprenant des groupements polaires, les polymères présentant des groupements chargés, les polymères réticulables et l’un quelconque de leurs mélanges. Selon une première variante, le polymère est choisi parmi les polymères comprenant des groupements polaires. Ces groupements polaires permettent de conférer au polymère correspondant un caractère solvatant pour les espèces précurseurs présentes dans la composition. Preferably, the polymer is chosen from polymers comprising polar groups, polymers having charged groups, crosslinkable polymers and any of their mixtures. According to a first variant, the polymer is chosen from polymers comprising polar groups. These polar groups make it possible to confer on the corresponding polymer a solvating character for the precursor species present in the composition.
Par « polymère solvatant », on entend au sens de l’invention un polymère dans lequel il est possible de dissoudre et stabiliser des espèces chimiques chargées. La capacité du polymère à solvater une espèce chimique chargée découle directement de la présence de groupements chargés dans la structure du polymère. Les groupements polaires du polymère se trouvent en interaction dipolaire avec l’espèce chimique chargée, notamment en interaction charge-dipôle. By "solvating polymer" is meant in the sense of the invention a polymer in which it is possible to dissolve and stabilize charged chemical species. The ability of the polymer to solvate a charged chemical species stems directly from the presence of charged groups in the structure of the polymer. The polar groups of the polymer are in dipolar interaction with the charged chemical species, in particular in charge-dipole interaction.
Cette première variante est particulièrement adaptée lorsque l’espèce précurseur du faisceau est présente dans la composition sous la forme d’un sel, en association avec un contre-ion. This first variant is particularly suitable when the precursor species of the beam is present in the composition in the form of a salt, in association with a counterion.
De préférence, selon cette première variante, le polymère est un polymère solvatant le contre-ion de l’espèce précurseur du faisceau. Preferably, according to this first variant, the polymer is a polymer solvating the counterion of the precursor species of the beam.
De tels polymères sont notamment choisis parmi les polyéthylènes glycol, polypropylènes glycol et leurs dérivés. Such polymers are chosen in particular from polyethylene glycol, polypropylene glycol and their derivatives.
Ainsi, selon cette première variante, le contre-ion et les groupements polaires du polymère sont en interaction charge-dipôle. L’existence de cette interaction charge-dipôle entre le contre-ion et le groupements polaires permet ainsi de séparer l’espèce précurseur de son contre-ion, facilitant ainsi son extraction/accélération. Thus, according to this first variant, the counterion and the polar groups of the polymer are in charge-dipole interaction. The existence of this charge-dipole interaction between the counter-ion and the polar groups thus makes it possible to separate the precursor species from its counter-ion, thus facilitating its extraction/acceleration.
Selon une seconde variante, le polymère est choisi parmi les polymères présentant des groupements chargés. According to a second variant, the polymer is chosen from polymers having charged groups.
De préférence, selon cette seconde variante, le polymère est choisi parmi les ionomères. Preferably, according to this second variant, the polymer is chosen from ionomers.
Cette seconde variante est particulièrement adaptée lorsque l’espèce précurseur du faisceau est présente dans la composition directement sous la forme de la ou des espèces chimiques chargées à extraire/accélérer, i.e. choisi parmi les ions et les nanoparticules chargées. This second variant is particularly suitable when the precursor species of the beam is present in the composition directly in the form of the charged chemical species to be extracted/accelerated, i.e. chosen from ions and charged nanoparticles.
De préférence, selon cette seconde variante, la ou les espèces précurseurs du faisceau constituent les contre-ions des groupements chargés du polymère. Preferably, according to this second variant, the precursor species of the beam constitute the counter-ions of the charged groups of the polymer.
Lorsque l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des composés présentant une charge négative, le polymère est choisi parmi les polymères présentant des groupements chargés positivement. De préférence, le polymère comprend au moins un groupement aminé, de préférence choisi parmi les amines primaires, les amines secondaires, les amines ternaires, les ammoniums quaternaires et les groupements hétérocycliques comprenant au moins un atome d’azote (pyridine, imidazoles, triazoles, etc...). When the precursor species of the beam is chosen from compounds having a negative charge, the polymer is chosen from polymers having positively charged groups. Preferably, the polymer comprises at least one amino group, preferably chosen from primary amines, secondary amines, ternary amines, quaternary ammoniums and heterocyclic groups comprising at least one nitrogen atom (pyridine, imidazoles, triazoles, etc...).
De tels polymères sont notamment choisis parmi les polyamines. Such polymers are chosen in particular from polyamines.
Lorsque l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des composés présentant une charge positive, le polymère est choisi parmi les polymères présentant des groupements chargés négativement. When the precursor species of the beam is chosen from compounds having a positive charge, the polymer is chosen from polymers having negatively charged groups.
De préférence, le polymère comprend au moins un groupement choisi parmi les groupements sulfonates, les groupements carboxylates, les groupements phosphates. Preferably, the polymer comprises at least one group chosen from sulphonate groups, carboxylate groups and phosphate groups.
De tels polymères sont notamment choisis parmi les polystyrènes fonctionnalisés par des groupements sulfonates, les copolymères tétrafluoroéthylène fonctionnalisés par des groupements sulfonates tel que le NAFION®, ... Such polymers are chosen in particular from polystyrenes functionalized with sulfonate groups, tetrafluoroethylene copolymers functionalized with sulfonate groups such as NAFION®, etc.
Selon un mode de réalisation, le polymère est choisi parmi les polymères redox actifs. De tels polymères sont avantageux en ce qu’ils présentent avantageusement la capacité de capter réversiblement des électrons. Ils permettent également avantageusement une bonne séparation entre le polymère chargé et les espèces chimiques précurseurs à extraires. According to one embodiment, the polymer is chosen from active redox polymers. Such polymers are advantageous in that they advantageously have the ability to reversibly capture electrons. They also advantageously allow good separation between the charged polymer and the precursor chemical species to be extracted.
A titre d’exemple de polymère redox-actif, on peut notamment citer les polymères polycationiques de type bipyridiniums. By way of example of a redox-active polymer, mention may in particular be made of polycationic polymers of the bipyridinium type.
Selon une troisième variante, le polymère est choisi parmi les polymères réticulables, de préférence choisi parmi les polymères réticulables susceptibles de former des groupements chargés par réaction avec un agent réticulant. According to a third variant, the polymer is chosen from crosslinkable polymers, preferably chosen from crosslinkable polymers capable of forming charged groups by reaction with a crosslinking agent.
De préférence, selon cette troisième variante, le polymère est choisi parmi les polymères réticulables par la formation de liaisons covalentes. Preferably, according to this third variant, the polymer is chosen from polymers that can be crosslinked by the formation of covalent bonds.
Plus préférentiellement, selon cette troisième variante, le polymère est choisi parmi les polymères réticulables dont la réticulation engage au moins un hétéroatome, notamment choisi parmi N, O et S. L’hétéroatome engagé dans la réticulation peut alors présent dans la chaîne du polymère réticulable ou être apporté par l’agent réticulant. More preferably, according to this third variant, the polymer is chosen from crosslinkable polymers whose crosslinking engages at least one heteroatom, in particular chosen from N, O and S. The heteroatom involved in the crosslinking may then be present in the chain of the crosslinkable polymer or be provided by the crosslinking agent.
De préférence, l’hétéroatome est N et S. Preferably, the heteroatom is N and S.
Avantageusement, l’hétéroatome est un atome d’azote. Le polymère réticulable est par exemple choisi parmi les polymères comprenant des hétéroatomes. De tels polymères sont notamment choisis parmi les polymères comprenant des groupements pyridine comme par exemple les poly(4-vinyl)pyridines. Advantageously, the heteroatom is a nitrogen atom. The crosslinkable polymer is for example chosen from polymers comprising heteroatoms. Such polymers are chosen in particular from polymers comprising pyridine groups such as poly(4-vinyl)pyridines, for example.
Dans ce cas, l’agent réticulant est typiquement choisi parmi les agents alkylants.In this case, the crosslinking agent is typically chosen from alkylating agents.
Par « agent alkylant », on entend au sens de l’invention un composé capable d’ajouter un ou plusieurs groupements alkyles à un groupement électronégatif, notamment le ou les hétéroatomes présents dans le polymère. By “alkylating agent”, is meant within the meaning of the invention a compound capable of adding one or more alkyl groups to an electronegative group, in particular the heteroatom(s) present in the polymer.
Parmi les agents alkylant adaptés à l’invention, on peut notamment citer les agents alkylant comprenant au moins une liaison choisie parmi : Among the alkylating agents suitable for the invention, mention may in particular be made of alkylating agents comprising at least one bond chosen from:
- les liaisons C-X, X étant un atome d’halogène ; - C-X bonds, X being a halogen atom;
- les liaisons C-triflate ; et - C-triflate bonds; and
- les liaisons C-tosylate. - C-tosylate bonds.
Ainsi, au cours de la réaction de réticulation, l’agent alkylant se fixe entre deux hétéroatomes de chaîne de polymère différente de telle sorte qu’il provoque la formation de ponts entre les chaînes de polymères. Cette réaction est associée d’une part à la libération en solution d’espèce chargées, notamment d’ions halogénures, triflate et/ou tosylate, et d’autre part à l’apparition de groupements chargés dans la structure du polymère réticulé au niveau des hétéroatomes. Thus, during the crosslinking reaction, the alkylating agent binds between two heteroatoms of different polymer chains in such a way that it causes the formation of bridges between the polymer chains. This reaction is associated on the one hand with the release in solution of charged species, in particular of halide, triflate and/or tosylate ions, and on the other hand with the appearance of charged groups in the structure of the crosslinked polymer at the level heteroatoms.
En particulier, lorsque le polymère réticulable est choisi parmi les polymères comprenant des atomes d’azote, la réaction de réticulation est une réaction de quaternisation provoquant l’apparition de groupements ammonium quaternaires dans le polymère réticulé. In particular, when the crosslinkable polymer is chosen from polymers comprising nitrogen atoms, the crosslinking reaction is a quaternization reaction causing the appearance of quaternary ammonium groups in the crosslinked polymer.
Alternativement, le polymère réticulable peut être choisi parmi les polymère comprenant un nucléofuge ou groupe partant. Alternatively, the crosslinkable polymer can be chosen from polymers comprising a nucleofuge or leaving group.
Par « nucléofuge » ou « groupe partant », on entend au sens de l’invention un ion ou un groupement chimique ayant la capacité de se détacher d’une molécule. By “nucleofuge” or “leaving group”, is meant in the sense of the invention an ion or a chemical group having the capacity to detach from a molecule.
De tels polymères sont notamment choisis parmi les polymères comprenant des atomes d’halogène comme par exemple le poly(4-(chlorométhyl)styrène. Such polymers are chosen in particular from polymers comprising halogen atoms such as for example poly(4-(chloromethyl)styrene.
Dans ce cas, l’agent réticulant est typiquement choisi parmi les agents réticulant comprenant au moins deux hétéroatomes, notamment choisis parmi N, O et S. In this case, the crosslinking agent is typically chosen from crosslinking agents comprising at least two heteroatoms, in particular chosen from N, O and S.
On peut citer à titre d’exemple les diamines comme par exemple la bis-pyradine.Mention may be made, by way of example, of diamines such as for example bis-pyradine.
Ainsi, au cours de la réaction de réticulation, chacun des hétéroatomes de l’agent réticulant se fixe à une chaîne de polymère, au niveau d’un atome de carbone portant l’un des groupements. Cette réaction provoque ainsi d’une part le détachement et la libération en solution du groupe partant et d’autre part la formation de ponts entre les chaînes de polymères. Elle provoque également l’apparition de groupements chargés dans la structure du polymère réticulé au niveau des hétéroatomes. Thus, during the crosslinking reaction, each of the heteroatoms of the crosslinking agent binds to a polymer chain, at the level of a carbon atom carrying one of the groups. This reaction thus causes on the one hand the detachment and the release in solution of the leaving group and on the other hand the formation of bridges between the chains of polymers. It also causes the appearance of charged groups in the structure of the crosslinked polymer at the level of the heteroatoms.
Procédé Process
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre, avant l’étape 1), une étape de mise en contact de la zone d’émission, notamment de la première électrode ou du support, avec la composition comprenant le polymère et la ou les espèces précurseur du faisceau. According to one embodiment, the method according to the invention further comprises, before step 1), a step of bringing the emission zone, in particular the first electrode or the support, into contact with the composition comprising the polymer and the precursor species or species of the beam.
De préférence, la première électrode ou le support est revêtu(e) sur tout ou partie de sa surface d’une couche de la composition Preferably, the first electrode or the support is coated over all or part of its surface with a layer of the composition
Cette étape de mise en contact peut être réalisée selon toute méthode connue. Elle peut par exemple être réalisée par trempage de la zone d’émission, notamment de la première électrode ou du support, dans la composition, par dépôt manuel et/ou mécanique de la composition, ou par évaporation de la composition initialement dissoute dans un solvant volatil. En particulier, l’étape de mise en contact de la zone d’émission avec la composition peut être réalisée au moyen d’équipements fluidiques permettant de transporter la composition du réservoir vers la surface de la zone d’émission. This contacting step can be carried out according to any known method. It can for example be carried out by soaking the emission zone, in particular the first electrode or the support, in the composition, by manual and/or mechanical deposition of the composition, or by evaporation of the composition initially dissolved in a solvent volatile. In particular, the step of bringing the emission zone into contact with the composition can be carried out by means of fluidic equipment making it possible to transport the composition from the reservoir to the surface of the emission zone.
Cette étape de mise en contact peut également consister en l’insertion ou l’introduction de la zone d’émission, notamment de la première électrode ou du support, dans le réservoir comprenant la composition, le réservoir présentant un orifice pour permettre la production du faisceau. This contacting step may also consist of inserting or introducing the emission zone, in particular the first electrode or the support, into the reservoir comprising the composition, the reservoir having an orifice to allow the production of the beam.
Selon un mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend en outre une étape de chauffage de la composition. Cette étape de chauffage peut être réalisée avant et/ou pendant et/ou après l’étape de mise sous vide. According to one embodiment, the method according to the invention further comprises a step of heating the composition. This heating step can be carried out before and/or during and/or after the vacuum step.
De préférence, la composition est chauffée à une température allant de 10 à 600°C, plus préférentiellement de 15 à 300°C, encore plus préférentiellement de 20 à 120°C. Preferably, the composition is heated to a temperature ranging from 10 to 600°C, more preferably from 15 to 300°C, even more preferably from 20 to 120°C.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, entre l’étape 1) et l’étape 2), une étape de mise sous vide du dispositif. According to one embodiment, the method comprises, between step 1) and step 2), a step of putting the device under vacuum.
De préférence, la pression à l’intérieur du dispositif au cours de son fonctionnement est inférieure ou égale à 105 hPa, plus préférentiellement inférieure ou égale à 106 hPa. Preferably, the pressure inside the device during its operation is less than or equal to 10 5 hPa, more preferably less than or equal to 10 6 hPa.
Plus préférentiellement, la pression à l’intérieur du dispositif au cours de son fonctionnement va de 106 hPa à 103 hPa, encore plus préférentiellement de 106 hPa à 10 5 hPa. Selon un mode de réalisation particulier, l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi les agents réticulants du polymère. More preferentially, the pressure inside the device during its operation ranges from 10 6 hPa to 10 3 hPa, even more preferentially from 10 6 hPa to 10 5 hPa. According to a particular embodiment, the precursor species of the bundle is chosen from the crosslinking agents of the polymer.
De préférence, selon ce mode de réalisation, le procédé selon l’invention comprend une étape supplémentaire de réticulation du polymère. Preferably, according to this embodiment, the method according to the invention comprises an additional step of crosslinking the polymer.
De préférence, la réticulation du polymère est réalisée directement après l’étape de mise en contact de la zone d’émission avec la composition. Cette façon de procéder permet d’immobiliser le polymère sur la surface de la première électrode. Preferably, the crosslinking of the polymer is carried out directly after the step of bringing the emission zone into contact with the composition. This way of proceeding makes it possible to immobilize the polymer on the surface of the first electrode.
Utilisations Uses
L’invention concerne enfin l’utilisation d’une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse tels que définis ci-dessus dans un dispositif pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse, de préférence dans un dispositif tel que défini ci-dessus, ou dans un procédé pour la pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse, de préférence dans un procédé tel que défini ci-dessus. The invention finally relates to the use of a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a bundle of charged chemical species in the gas phase as defined above in a device for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably in a device as defined above, or in a process for the production of a beam of charged species in the gas phase, preferably in a process as defined above.
Les variantes et les modes de réalisations préférés détaillés ci-dessus dans le contexte du procédé et du dispositif selon l’invention s’appliquent également à la composition. The variants and preferred embodiments detailed above in the context of the method and device according to the invention also apply to the composition.
Le dispositif, le procédé et la composition selon l’invention peuvent être utilisées pour divers applications, et notamment pour toutes les applications connues des faisceaux d’ions chargés. The device, the method and the composition according to the invention can be used for various applications, and in particular for all known applications of charged ion beams.
En particulier, le dispositif, le procédé et la composition définis ci-dessus sont utilisables pour de l’analyse et la structuration de surface de matériaux ; pour faire de l’usinage à l’échelle micro- ou nanométrique, notamment par gravure ; pour la réalisation d’implantations ioniques ou encore dans le domaine des nanotechnologies. In particular, the device, the method and the composition defined above can be used for the analysis and structuring of the surface of materials; to carry out machining on a micro- or nanometric scale, in particular by engraving; for the realization of ion implantations or in the field of nanotechnology.
L’utilisation du dispositif, procédé ou de la composition selon l’invention est avantageuse au moins pour les raisons suivantes : The use of the device, method or composition according to the invention is advantageous at least for the following reasons:
- la possibilité de produire des faisceaux gazeux de nature chimique variée,- the possibility of producing gaseous bundles of varied chemical nature,
- des conditions de fonctionnement douces, notamment à température ambiante,- mild operating conditions, especially at room temperature,
- l’absence de formations de gouttelettes de compositions précurseurs grâce à l’utilisation d’un polymère retenu au niveau de la zone d’émission, et - the absence of formation of droplets of precursor compositions thanks to the use of a polymer retained at the level of the emission zone, and
- la possibilité de générer des faisceaux d’espèces chimiques complexes, comme par exemple des faisceaux de nanoparticules chargées. - the possibility of generating beams of complex chemical species, such as beams of charged nanoparticles.
Figures tricks
La figure 1 représente un schéma d’un dispositif LMIS selon l’art antérieur. La figure 2 représente un schéma d’un dispositif selon l’invention. FIG. 1 represents a diagram of an LMIS device according to the prior art. FIG. 2 represents a diagram of a device according to the invention.
La figure 3 représente la zone d’émission d’un dispositif selon l’invention selon un premier mode de réalisation. FIG. 3 represents the emission zone of a device according to the invention according to a first embodiment.
La figure 4 représente la zone d’émission d’un dispositif selon l’invention selon un second mode de réalisation FIG. 4 represents the emission zone of a device according to the invention according to a second embodiment
La figure 5 représente les résultats obtenus par spectrométrie de masse de la cible en or à la fin de l’exemple 1. Figure 5 represents the results obtained by mass spectrometry of the gold target at the end of example 1.
La figure 6 représente les résultats obtenus par spectroscopie photo-électronique X de la cible en or à la fin de l’exemple 1. Figure 6 shows the results obtained by X-ray photo-electron spectroscopy of the gold target at the end of example 1.
La figure 7 représente les résultats obtenus par spectrométrie de masse de la cible en argent à la fin de l’exemple 2. Figure 7 represents the results obtained by mass spectrometry of the silver target at the end of example 2.
La figure 8 représente les résultats obtenus par analyse dispersive en énergie de la surface de la pointe en tungstène à la fin de l’expérience 3. Figure 8 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the tungsten tip at the end of experiment 3.
La figure 9 représente les résultats obtenus par analyse dispersive en énergie de la surface du réservoir à la fin de l’expérience 3. Figure 9 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the reservoir at the end of experiment 3.
La figure 10 représente les résultats obtenus par analyse dispersive en énergie de la surface de la cible à la fin de l’expérience 3. Figure 10 represents the results obtained by energy dispersive analysis of the surface of the target at the end of experiment 3.
La figure 11 représente les résultats obtenus par spectroscopie photoélectronique X de la surface de la zone de réception à la fin de l’expérience 4 (courbe 1 ), du polymère de départ NAFION®.Cs (courbe 2) et d’un échantillon de carbonate de césium CS2CO3 (courbe 3). FIG. 11 represents the results obtained by X-ray photoelectron spectroscopy of the surface of the reception zone at the end of experiment 4 (curve 1), of the starting polymer NAFION®.Cs (curve 2) and of a sample of cesium carbonate CS2CO3 (curve 3).
Un dispositif selon l’invention est représenté sur la figure 2. A device according to the invention is shown in Figure 2.
Le dispositif 10 comprend une zone d’émission 12 et une zone de réception 14 d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse 26. La zone d’émission 12 est constituée d’une première électrode 16 et d’une électrode extractrice 18. La première électrode 16 est revêtue d’une composition précurseur 20 comprenant au moins un polymère et au moins un composé précurseur du faisceau (non-représentés). La composition précurseur 20 est placée dans un réservoir 22, présentant la forme d’un capillaire centré autour de la première électrode 16. L’électrode extractrice 18 présente la forme d’un anneau. Elle est placée face à la première électrode 16, centrée par rapport à l’extrémité de la première électrode 16, de manière à permettre le passage du faisceau d’espèces chargées à travers l’électrode extractrice 18. Le dispositif 10 est également équipé de moyens 24 permettant d’induire une différence de potentiel entre la première électrode 16 et l’électrode extractrice 18 conduisant à la production du faisceau 26. La zone de réception 14 comprend une troisième électrode 28, disposée face à l’extrémité de la première électrode 16. Le dispositif comprend enfin des moyens 30 permettant d’induire une différence de potentiel entre la zone d’émission 12 et la troisième électrode 28 permettant de focaliser le faisceau 26 en direction de la zone de réception 14. The device 10 comprises an emission zone 12 and a zone 14 for receiving a beam of charged species in the gaseous phase 26. The emission zone 12 consists of a first electrode 16 and an extracting electrode 18 The first electrode 16 is coated with a precursor composition 20 comprising at least one polymer and at least one precursor compound of the beam (not shown). The precursor composition 20 is placed in a reservoir 22, having the shape of a capillary centered around the first electrode 16. The extracting electrode 18 has the shape of a ring. It is placed opposite the first electrode 16, centered with respect to the end of the first electrode 16, so as to allow the passage of the beam of charged species through the extractor electrode 18. The device 10 is also equipped with means 24 making it possible to induce a potential difference between the first electrode 16 and the extracting electrode 18 leading to the production of the beam 26. The reception zone 14 comprises a third electrode 28, placed opposite the end of the first electrode 16. The device finally comprises means 30 making it possible to induce a potential difference between the emission zone 12 and the third electrode 28 making it possible to focus the beam 26 in the direction of the reception zone 14.
La figure 3 représente la zone d’émission d’un dispositif selon l’invention selon un premier mode de réalisation. FIG. 3 represents the emission zone of a device according to the invention according to a first embodiment.
La zone d’émission 12 comprend un élément 32 permettant de maintenir un réservoir 22 présentant la forme d’un capillaire. Une pointe 34 traverse le réservoir 22 de part en part selon l’axe central du réservoir 22 de sorte que l’extrémité 36 de la pointe 34 fasse saillie par rapport au réservoir 22. La composition précurseur 20 est placée entre la pointe 34 et la surface intérieure du réservoir 22. Des moyens de chauffage 38 sont disposés autour du réservoir 22. Une première électrode (non-représentée) est reliée à la pointe 34. The emission zone 12 comprises an element 32 making it possible to maintain a reservoir 22 having the shape of a capillary. A tip 34 crosses the reservoir 22 right through along the central axis of the reservoir 22 so that the end 36 of the tip 34 protrudes with respect to the reservoir 22. The precursor composition 20 is placed between the tip 34 and the inner surface of reservoir 22. Heating means 38 are arranged around reservoir 22. A first electrode (not shown) is connected to tip 34.
L’extrémité 36 de la pointe 34 constitue ainsi l’extrémité 40 de la zone d’émission 12 du dispositif selon l’invention. The end 36 of the tip 34 thus constitutes the end 40 of the emission zone 12 of the device according to the invention.
La figure 4 représente la zone d’émission d’un dispositif selon l’invention selon un second mode de réalisation. FIG. 4 represents the emission zone of a device according to the invention according to a second embodiment.
La zone d’émission 12 comprend un élément 32 permettant de maintenir un réservoir 22 présentant la forme d’un capillaire. Une pointe 34 est placée au cœur du réservoir 22 selon l’axe central du réservoir 22. Contrairement à la figure 3, la pointe 34 ne traverse pas le réservoir 22. L’extrémité 36 de la pointe 34 se situe ainsi à l’intérieur du réservoir 22. La composition précurseur 20 est placée entre la pointe 34 et la surface intérieure du réservoir 22 et s’étend le long de l’axe central du réservoir de manière à faire saillie par rapport au réservoir 22. Des moyens de chauffage 38 sont disposés autour du réservoir 22. Une première électrode (non-représentée) est reliée à la pointe 34. The emission zone 12 comprises an element 32 making it possible to maintain a reservoir 22 having the shape of a capillary. A point 34 is placed in the heart of the tank 22 along the central axis of the tank 22. Unlike FIG. 3, the point 34 does not cross the tank 22. The end 36 of the point 34 is thus located inside of the reservoir 22. The precursor composition 20 is placed between the tip 34 and the inner surface of the reservoir 22 and extends along the central axis of the reservoir so as to protrude with respect to the reservoir 22. Heating means 38 are arranged around reservoir 22. A first electrode (not shown) is connected to tip 34.
L’extrémité 40 de la zone d’émission 12 est ainsi constituée par la zone où la composition 20 fait saillie par rapport au réservoir 22. L’extrémité 36 de la pointe 34 est en retrait par rapport à l’extrémité 40 de la zone d’émission 12. The end 40 of the emission zone 12 is thus constituted by the zone where the composition 20 protrudes with respect to the reservoir 22. The end 36 of the tip 34 is recessed with respect to the end 40 of the zone issue 12.
Exemples Examples
Les exemples qui suivent sont donnés à titre d'illustration et ne sauraient en aucune façon limiter la portée de l'invention. Dans les exemples qui suivent, tous les pourcentages sont donnés en masse, sauf indication contraire, et la température est exprimée en degré Celsius sauf indication contraire, et la pression est la pression atmosphérique, sauf indication contraire. The following examples are given by way of illustration and in no way limit the scope of the invention. In the examples which follow, all the percentages are given by weight, unless otherwise indicated, and the temperature is expressed in degrees Celsius unless otherwise indicated, and the pressure is atmospheric pressure, unless otherwise indicated.
Exemple 1 - Source d’ions iodures à température ambiante et pression ambianteExample 1 - Source of iodide ions at ambient temperature and ambient pressure
Le dispositif The device
Le dispositif utilisé correspond au dispositif de la Figure 2 à l’exception qu’il ne comprend pas de troisième électrode. The device used corresponds to the device of Figure 2 except that it does not include a third electrode.
La première électrode est constituée d’un fil en tungstène W de diamètre 0,15 mm.The first electrode consists of a tungsten wire W with a diameter of 0.15 mm.
L’électrode extractrice est constituée d’une plaque d’aluminium servant également de support de la zone de réception. The extractor electrode consists of an aluminum plate that also serves as a support for the reception area.
Le réservoir est constitué d’un capillaire en verre de 200 pm de diamètre interne.The reservoir consists of a glass capillary with an internal diameter of 200 µm.
La composition est un mélange d’iodure de césium Csl et de polyéthylène glycol PEG600 (1/10 en poids de Csl soit une concentration de 0.43 mol.L-1 ; soit 23% en moles de Csl par PEG600). The composition is a mixture of cesium iodide Csl and polyethylene glycol PEG600 (1/10 by weight of Csl, i.e. a concentration of 0.43 mol.L −1 ; i.e. 23 mol% of Csl per PEG600).
Le réservoir est rempli avec la composition. Le fil de tungstène W est ensuite introduit dans le capillaire jusqu’à une distance de 3 mm par rapport l’extrémité opposée du capillaire. La zone de réception du faisceau est constituée d’une plaque en or, placée à une distance de 50 mm de l’extrémité du capillaire, sur la plaque d’aluminium Al. The reservoir is filled with the composition. The tungsten wire W is then introduced into the capillary up to a distance of 3 mm from the opposite end of the capillary. The beam reception zone consists of a gold plate, placed at a distance of 50 mm from the end of the capillary, on the Al aluminum plate.
Une différence de potentiel est appliquée entre la première électrode et l’électrode extractrice au moyen d'une alimentation haute tension. A potential difference is applied between the first electrode and the extractor electrode by means of a high voltage supply.
Aucun moyen de chauffage ou de mise sous vide du dispositif n’est utilisé. No means of heating or vacuuming the device is used.
Résultats et discussions Results and discussion
La formation d’un courant d’ions est observée avec une tension de -6,8 kV. En particulier, on observe la formation d’un cône de Taylor de couleur jaunâtre et l’émission d’un faisceau de couleur violette. The formation of an ion current is observed with a voltage of -6.8 kV. In particular, the formation of a yellowish-colored Taylor cone and the emission of a violet-colored beam are observed.
L’implantation d’ions iodures I sur la plaque en or est confirmée par des analyses de spectrométrie de masse à temps de vol (TOF-MS pour « Time of Flight Mass spectrometry » en anglais) et par spectroscopie photo-électronique aux rayons X (XPS en anglais pour « X-ray photoelectron spectroscopy »). The implantation of iodide I ions on the gold plate is confirmed by time-of-flight mass spectrometry (TOF-MS) analyzes and by X-ray photo-electron spectroscopy. (XPS in English for “X-ray photoelectron spectroscopy”).
Les analyses de spectrométrie de masse sont réalisées sur l’instrument Andromède de l’Institut de Physique Nucléaire d’Orsay (IPNO - https://andromede.in2p3.fr) qui est un spectromètre temps de vol de 1 m dont la tension d’accélération est de -10 kV et le faisceau est un faisceau d’or AUIOO4+ de 12 MeV. La surface analysée est de 400 pm de diamètre et le nombre d’impact est d’environ 2 104 NPs/cm2. Les analyses XPS sont réalisées avec un spectromètre Thermofisher Scientific K-The mass spectrometry analyzes are carried out on the Andromeda instrument of the Institute of Nuclear Physics of Orsay (IPNO - https://andromede.in2p3.fr) which is a 1 m time-of-flight spectrometer whose voltage of The acceleration is -10 kV and the beam is a 12 MeV AUIOO 4+ gold beam. The surface analyzed is 400 μm in diameter and the impact number is approximately 2 10 4 NPs/cm 2 . XPS analyzes are performed with a Thermofisher Scientific K-
Alpha. Alpha.
Les résultats obtenus sont représentés respectivement sur les figures 5 et 6. The results obtained are shown respectively in Figures 5 and 6.
La figure 5 montre la présence de pics caractéristiques de la présence de sels d’iode et d’or. Le pic à 324 m/z (pic P1 ) indique la présence de monoiodure d’or Aul et le pic à 451 m/z (pic P2) traduit la présence de diiodure d’or Aul2. Figure 5 shows the presence of peaks characteristic of the presence of iodine and gold salts. The peak at 324 m/z (peak P1) indicates the presence of gold monoiodide Aul and the peak at 451 m/z (peak P2) reflects the presence of gold diiodide Aul2.
La figure 6 montre la présence de pics caractéristiques de la présence de sels d’iode et d’or. Les pics à 89 eV (pic P3, Au 4f5/2) et à 85 eV (pic P4, Au 4f7/2) indiquent la présence de monoiodure d’or Aul. Figure 6 shows the presence of peaks characteristic of the presence of iodine and gold salts. The peaks at 89 eV (peak P3, Au 4f 5/2 ) and at 85 eV (peak P4, Au 4f 7/2 ) indicate the presence of gold monoiodide Aul.
Exemple 2 - Source d’ions iodures avec chauffage et pression réduite Example 2 - Source of iodide ions with heating and reduced pressure
Le dispositif The device
Le dispositif utilisé correspond au dispositif de la Figure 2 à l’exception qu’il ne comprend pas de troisième électrode. The device used corresponds to the device of Figure 2 except that it does not include a third electrode.
La première électrode est constituée d’un fil en tungstène W de diamètre 0,15 mm.The first electrode consists of a tungsten wire W with a diameter of 0.15 mm.
L’électrode extractrice est constituée d’une cage de Faraday en carbone C, dans laquelle est placée une plaque d’argent Ag constituant la zone de réception du faisceau. The extractor electrode consists of a carbon C Faraday cage, in which is placed a plate of silver Ag constituting the reception zone of the beam.
Le réservoir est constitué d’un capillaire en céramique de 500 pm de diamètre interne. Le réservoir se termine à l’une de ses extrémités par un cône percé dont le diamètre final est égal à 100 pm. The reservoir consists of a ceramic capillary with an internal diameter of 500 µm. The tank ends at one of its ends with a pierced cone whose final diameter is equal to 100 pm.
La composition est un mélange d’iodure de césium Csl et de polyéthylène glycol PEG600 (1/10 en poids de Csl soit une concentration de 0.43 mol.L-1 ; 23% en moles de CSI par PEG600). The composition is a mixture of cesium iodide Csl and polyethylene glycol PEG600 (1/10 by weight of Csl, ie a concentration of 0.43 mol.L −1 ; 23% in moles of CSI per PEG600).
Le réservoir est rempli avec la composition. Le fil de tungstène W est ensuite introduit dans le capillaire jusqu’à une distance de 2 mm par rapport l’extrémité du cône. Un filament en molybdène Mo (diamètre 0.19 mm), relié à un générateur, est ensuite enroulé autour du réservoir de manière à chauffer la composition. The reservoir is filled with the composition. The tungsten wire W is then introduced into the capillary up to a distance of 2 mm from the end of the cone. A molybdenum Mo filament (diameter 0.19 mm), connected to a generator, is then wound around the reservoir so as to heat the composition.
La plaque en argent est placée à une distance de 20 mm de l’extrémité du capillaire.The silver plate is placed at a distance of 20 mm from the end of the capillary.
Le dispositif comprend en outre un système de pompage turbo-moléculaire, associé à une pompe primaire à palette, permettant d’atteindre une pression de 106 hPa au sein du dispositif. The device further comprises a turbo-molecular pumping system, associated with a primary vane pump, making it possible to reach a pressure of 10 6 hPa within the device.
Résultats et discussions Results and discussion
La production d’un faisceau d’ions est obtenue avec les conditions suivantes :The production of an ion beam is obtained with the following conditions:
- Puissance de chauffage : 1 ,3A-1 ,0V, - Heating power: 1.3A-1.0V,
- Tension d’accélération : U(En) = -9 kV, - Courant d’extraction : l(extraction) = de 30 mA à 60 mA, et - Acceleration voltage: U(En) = -9 kV, - Extraction current: l(extraction) = from 30 mA to 60 mA, and
- Courant Faraday est l(F) = de -20 à -120 pA. - Faraday current is l(F) = from -20 to -120 pA.
Après 1 heure de fonctionnement, la source est éteinte et l’implantation d’ions iodures sur la plaque en argent est analysée par imagerie ionique et par spectrométrie de masse par temps de vol. After 1 hour of operation, the source is switched off and the implantation of iodide ions on the silver plate is analyzed by ion imaging and by time-of-flight mass spectrometry.
L’analyse par imagerie optique montre la présence d’ions I et d’ions Agh répartis de façon homogène sur la surface de la feuille d’argent. Analysis by optical imaging shows the presence of I ions and Agh ions distributed homogeneously on the surface of the silver sheet.
Les analyses de spectrométrie de masse par temps de vol sont réalisées au moyen d’un instrument de type IONTOF IV hybrid, commercialisé par la société IONTOF. Le faisceau utilisé est du Bi3 + de 25 keV analysant une surface de 250x250 pm2. La dose est de 5,4 1011 ions/cm2. The time-of-flight mass spectrometry analyzes are carried out using an instrument of the IONTOF IV hybrid type, marketed by the company IONTOF. The beam used is Bi 3 + of 25 keV analyzing a surface of 250×250 pm 2 . The dose is 5.4×10 11 ions/cm 2 .
Le spectromètre de masse obtenu est représenté sur la figure 7. On observe la présence de pics caractéristiques de la présence de sels d’iode et d’argent. Le pic à 127 m/z (pic P5) traduit la présence d’ions iodures I , le pic à 341 m/z (pic P6) traduit la présence d’agrégats d’iodure d’argent de formule Ag2l et le pic à 361 m/z (pic P7) traduit la présence d’un autre type d’agrégats d’iodure d’argent de formule Agh . The mass spectrometer obtained is shown in Figure 7. The presence of peaks characteristic of the presence of iodine and silver salts is observed. The peak at 127 m/z (peak P5) reflects the presence of iodide I ions, the peak at 341 m/z (peak P6) reflects the presence of silver iodide aggregates of formula Ag2l and the peak at 361 m/z (peak P7) reflects the presence of another type of silver iodide aggregates of formula Agh.
Ces résultats confirment l’implantation d’ions iodures I dans la feuille d’argent. La production de faisceau d’iode est démontrée. These results confirm the implantation of iodide I ions in the silver foil. Iodine beam production is demonstrated.
Exemple 3 - Source d’ions césium à partir de polystyrène sulfonate de césiumExample 3 - Source of cesium ions from cesium polystyrene sulfonate
Le dispositif The device
Le dispositif utilisé correspond au dispositif de la Figure 2. The device used corresponds to the device in Figure 2.
La première électrode est en Tungstène W. The first electrode is in Tungsten W.
L’électrode extractrice, constituée d’un anneau en inox percé en son centre (diamètre du trou = 2 mm), est placée face à la première électrode, à une distance millimétrique. The extractor electrode, consisting of a stainless steel ring pierced in its center (diameter of the hole = 2 mm), is placed opposite the first electrode, at a millimetric distance.
La troisième électrode est en argent Ag. The third electrode is silver Ag.
La zone d’émission est constituée d’un support de source standard de type LMIS comprenant un réservoir cylindrique réalisé en fil de tungstène W de 100 pm et de l’électrode extractrice définie ci-dessus. Une pointe en tungstène W de 200 pm est introduite dans le réservoir afin de faciliter la formation du cône de Taylor. The emission zone consists of a standard LMIS-type source support comprising a cylindrical reservoir made of 100 μm W tungsten wire and the extractor electrode defined above. A 200 µm W tungsten tip is introduced into the reservoir to facilitate the formation of the Taylor cone.
Le réservoir est rempli avec une composition précurseur constituée d’un polymère de type polystyrène sulfonate de césium (PSS.Cs). La source est placée dans un corps standard de sources LMIS (dénommé cartridge). Le dispositif comprend en outre un système de pompage turbo-moléculaire, associé à une pompe primaire à palette, permettant d’atteindre une pression de 3.106hPa au sein du dispositif. The reservoir is filled with a precursor composition consisting of a cesium polystyrene sulphonate type polymer (PSS.Cs). The source is placed in a standard body of LMIS sources (called cartridge). The device also comprises a turbo-molecular pumping system, associated with a primary vane pump, making it possible to reach a pressure of 3.10 6 hPa within the device.
L’intensité du faisceau est mesurée au niveau de la troisième électrode. The beam intensity is measured at the third electrode.
Résultats et discussions Results and discussions
La production d’un faisceau d’ions est obtenue avec les conditions suivantes :The production of an ion beam is obtained with the following conditions:
- Puissance de chauffage : 1 ,6V-2,0V - Heating power: 1.6V-2.0V
- Tension d’accélération : U(En) = +4 kV - Acceleration voltage: U(En) = +4 kV
- Tension d’extraction: U(Extracteur) = -8 kV - Extraction voltage: U(Extractor) = -8 kV
- Intensité du faisceau : l(extraction) = 30 mA à 50 mA. - Beam intensity: l(extraction) = 30 mA to 50 mA.
Après 40 minutes de fonctionnement, la source est éteinte et l’implantation des ions césium est analysée. Les surfaces de la pointe en tungstène, du réservoir et de l’électrode extractrice sont caractérisées par microscopie électronique à balayage (MEB) et par analyse dispersive en énergie (en anglais EDS pour « Energy-dispersive X-ray spectroscopy »). After 40 minutes of operation, the source is switched off and the implantation of cesium ions is analyzed. The surfaces of the tungsten tip, the reservoir and the extractor electrode are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and by energy-dispersive analysis (EDS for “Energy-dispersive X-ray spectroscopy”).
Le microscope utilisée est commercialisée par l’entreprise Zeiss, sous la référence MEB-FEG ZEISS Sigma HD. L’intensité du faisceau est de 10 nA avec une tension d’accélérateur de 15 kV. Le grandissement est de 11500, ce qui permet de réaliser des images de 100 à 10000 pm2 de surface et de mesurer les rayons X émis des surfaces étudiées et d’en déduire la composition chimique élémentaire. The microscope used is marketed by the company Zeiss, under the reference MEB-FEG ZEISS Sigma HD. The beam intensity is 10 nA with an accelerator voltage of 15 kV. The magnification is 11500, which makes it possible to produce images of 100 to 10000 pm 2 of surface and to measure the X-rays emitted from the surfaces studied and to deduce the elementary chemical composition therefrom.
Les résultats obtenus sont représentés sur les figures 8 à 10. Les pics P8a, P9a, P10a, P8b, P9b, P10b sont en lien avec la présence de césium. L’intensité des pics est fonction de la teneur en césium dans l’échantillon. The results obtained are represented in FIGS. 8 to 10. Peaks P8a, P9a, P10a, P8b, P9b, P10b are linked to the presence of cesium. The intensity of the peaks depends on the cesium content in the sample.
On observe que le polymère ionique se situant au niveau de l’extrémité de la pointe en tungstène présente une teneur réduite en ions césium Cs+, par rapport au polymère présent à la surface du réservoir. On observe également la présence d’ions césium Cs+ à la surface l’électrode extractrice. It is observed that the ionic polymer located at the level of the end of the tungsten tip has a reduced content of cesium Cs + ions, compared to the polymer present at the surface of the reservoir. The presence of cesium Cs + ions at the surface of the extractor electrode is also observed.
Une analyse par spectroscopie photo-électronique X permet de mesurer le rapport molaire entre les ions Cs+ et les atomes de soufre présents dans le polymère. Dans le polymère de départ, le rapport Cs/S est égal à 0,67 contre une valeur de 0,27 à la fin de l’essai. An analysis by X-ray photo-electron spectroscopy makes it possible to measure the molar ratio between the Cs + ions and the sulfur atoms present in the polymer. In the starting polymer, the Cs/S ratio is equal to 0.67 against a value of 0.27 at the end of the test.
Ce test démontre la séparation ionique au sein du liquide et l’extraction d’ions césium Cs+ à partir du polymère ionique PSS.Cs. Exemple 4 - Source d’ions césium à partir de NAFION® de césiumThis test demonstrates the ionic separation within the liquid and the extraction of cesium Cs + ions from the ionic polymer PSS.Cs. Example 4 - Cesium ion source from cesium NAFION®
Le dispositif The device
Le dispositif utilisé correspond au dispositif de la Figure 2. The device used corresponds to the device in Figure 2.
La première électrode est constituée d’une pointe en tungstène (fil avec un diamètre de 0,15 mm). The first electrode consists of a tungsten tip (wire with a diameter of 0.15 mm).
L’électrode extractrice, constituée d’un anneau en inox percé en son centre (diamètre du trou = 2 mm), est placée face à la première électrode, à une distance millimétrique. The extractor electrode, consisting of a stainless steel ring pierced in its center (diameter of the hole = 2 mm), is placed opposite the first electrode, at a millimetric distance.
La troisième électrode est d’une cage de Faraday en carbone. The third electrode is a carbon Faraday cage.
La source constituée d’un capillaire en inox de diamètre interne de 1 mm à son extrémité, est remplie avec un sel de césium d’un polymère type NAFION® (Cs. Nation). La source est placée dans un corps standard de sources LMIS dénommé « cartridge » comportant l’électrode extractrice définie ci-dessus. La première électrode est ensuite introduite dans le capillaire pour faciliter la formation du cône de Taylor. Autour du corps cylindrique un filament en Mo (diamètre 0,19) a été enroulé pour chauffer la source. The source, consisting of a stainless steel capillary with an internal diameter of 1 mm at its end, is filled with a cesium salt of a NAFION® type polymer (Cs. Nation). The source is placed in a standard body of LMIS sources called “cartridge” comprising the extraction electrode defined above. The first electrode is then introduced into the capillary to facilitate the formation of the Taylor cone. Around the cylindrical body a Mo filament (diameter 0.19) was wound to heat the source.
Un système de pompage turbo-moléculaire, associé à une pompe primaire à palette, permet d’atteindre une pression de fonctionnement de 1 ,5 106 hPa, A turbo-molecular pumping system, associated with a primary vane pump, makes it possible to reach an operating pressure of 1.5 10 6 hPa,
Résultats et discussions Results and discussions
La production du faisceau d’ions est obtenue pour les conditions suivantes : The production of the ion beam is obtained for the following conditions:
- Puissance de chauffage : de 1 ,0V-2,1 A à 1 ,5V-2,5A, - Heating power: from 1.0V-2.1 A to 1.5V-2.5A,
- Tension d’accélération : U(En) = +12 kV, - Acceleration voltage: U(En) = +12 kV,
- Tension d’extraction : U(Extracteur) = -9 kV, - Extraction voltage: U(Extractor) = -9 kV,
- Courant source : l(extraction) = de 1 mA à 180 mA, - Source current: l(extraction) = from 1 mA to 180 mA,
- Courant d’ions extraits: l(Faraday) = 3 pA à 190 nA. - Current of extracted ions: l(Faraday) = 3 pA at 190 nA.
Après 2 heures de fonctionnement, la source est éteinte et l’implantation des ions sur la surface de l’électrode extractrice est analysée. After 2 hours of operation, the source is switched off and the implantation of the ions on the surface of the extraction electrode is analyzed.
Le polymère de départ et la surface de l’électrode extractrice sont analysés par spectroscopie photoélectronique au rayons X (XPS). Les résultats obtenus sont présentés sur la figure 11. The starting polymer and the surface of the extractor electrode are analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results obtained are shown in Figure 11.
La courbe (1) représente le spectre obtenu par l’analyse de la surface de l’électrode extractrice. Curve (1) represents the spectrum obtained by analyzing the surface of the extractor electrode.
La courbe (2) représente le spectre obtenu par l’analyse du polymère de départ.Curve (2) represents the spectrum obtained by analysis of the starting polymer.
La courbe (3), utilisé comme comparatif, représente le spectre obtenu à partir du carbonate de césium CS2CO3. Les pics P10 sont caractéristiques de la présence de soufre S (2p3/2 et 2p1/2). Les pics P11 et P12 sont caractéristiques de la présence de césium (4p3/2 et 4p1/2). Curve (3), used as a comparison, represents the spectrum obtained from cesium carbonate CS2CO3. The P10 peaks are characteristic of the presence of sulfur S (2p 3/2 and 2p 1/2 ). Peaks P11 and P12 are characteristic of the presence of cesium (4p 3/2 and 4p 1/2 ).
L’analyse de la surface de l’électrode extractrice (courbe 1 ) montre la disparition des signaux du soufre en comparaison de ce qui est observé pour le polymère de départ (courbe 2). Nous observons donc le césium Cs indépendamment du soufre. Par ailleurs, le spectre obtenu à partir de la surface de l’électrode extractrice (courbe 1 ) est identique au spectre des ions césium Cs+ enregistré dans le sel CS2CO3 (courbe 3). Ces résultats confirment l’extraction sélective d’ion Cs+ à partir du polymère ionique NAFION® Cs. Analysis of the surface of the extractor electrode (curve 1) shows the disappearance of the sulfur signals in comparison with what is observed for the starting polymer (curve 2). We therefore observe cesium Cs independently of sulphur. Furthermore, the spectrum obtained from the surface of the extractor electrode (curve 1) is identical to the spectrum of cesium Cs + ions recorded in the CS2CO3 salt (curve 3). These results confirm the selective extraction of Cs + ions from the NAFION® Cs ionic polymer.
Exemple 5 - Source d’ions iodure à partir de triiodure de césium (CsU) Example 5 - Source of iodide ions from cesium triiodide (CsU)
Le triiodure de césium Cs est préparé par réaction entre 10,038g d’iodure de césium Csl ultrasec (fournisseur : ABCR) et du diode I2 (9,83g, ALdrich) dans 20mL de méthanol (préalablement distillé sur magnésium). Après une nuit de réaction sous agitation à température ambiante, le méthanol est évaporé. Le solide noir résultant est ensuite séché sous vide. Le triiodure de césium est obtenu sous la forme d’une poudre microcristalline noire, avec un rendement quantitatif. Cesium triiodide Cs is prepared by reaction between 10.038g of ultra-dry cesium iodide Csl (supplier: ABCR) and diode I2 (9.83g, ALdrich) in 20mL of methanol (previously distilled over magnesium). After reacting overnight with stirring at ambient temperature, the methanol is evaporated off. The resulting black solid is then dried under vacuum. Cesium triiodide is obtained as a black microcrystalline powder, with quantitative yield.
Fonctionnement à pression atmosphérique Operation at atmospheric pressure
1 ,093g de triiodure de césium Cs sont dissous dans 3,655g de polyéthylèneglycol (PEG) de masse molaire 600, (correspondant à une concentration de 23% massiques de sel) dans un ballon monocol de 20mL sous atmosphère d’argon. Lorsque la dissolution est terminée, la solution résultante est introduite dans un dispositif analogue à celui représenté sur la Figure 2, le réservoir présentant une forme coudée. 1.093g of cesium triiodide Cs are dissolved in 3.655g of polyethylene glycol (PEG) with a molar mass of 600, (corresponding to a concentration of 23% by mass of salt) in a 20mL single-neck flask under an argon atmosphere. When dissolution is complete, the resulting solution is introduced into a device similar to that shown in Figure 2, the reservoir having a bent shape.
Un potentiel négatif est appliqué au niveau de la première électrode, et est progressivement augmenté jusqu’à l’apparition d’un courant. Le potentiel correspondant à l’apparition d’un courant est de -2,5 KV. Un courant stable de 30 microampères est observé entre la source et la surface-cible. A negative potential is applied at the first electrode, and is gradually increased until a current appears. The potential corresponding to the appearance of a current is -2.5 KV. A stable current of 30 microamps is observed between the source and the target surface.
Une analyse XPS des ions extraits de la source (recueillis sur une cible d’aluminium) montre la présence très majoritaire d’iode. Ceci confirme l’extraction sélective des ions iodures I . Les résultats de l’analyse XPS sont reportés dans le tableau 1 ci-dessous. An XPS analysis of the ions extracted from the source (collected on an aluminum target) shows the very predominant presence of iodine. This confirms the selective extraction of iodide I ions. The results of the XPS analysis are reported in Table 1 below.
Tableau 1
Figure imgf000031_0001
Fonctionnement sous ultravide
Table 1
Figure imgf000031_0001
Ultra-high vacuum operation
Une solution de 0,323g de triiodure de césium Csl3, 1 ,51g de PEG 600, et 0,077 g (5% massiques) de sorbitol (Aldrich) ou de glycérol (Aldrich) sont introduits dans un dispositif analogue à celui représenté sur la Figure 2, le réservoir présentant une forme coudée. A solution of 0.323 g of cesium triiodide Csl3, 1.51 g of PEG 600, and 0.077 g (5% by weight) of sorbitol (Aldrich) or glycerol (Aldrich) are introduced into a device similar to that shown in Figure 2 , the reservoir having a bent shape.
La source chargée est ensuite placée sous ultravide (10-6 mm Hg). The charged source is then placed under ultrahigh vacuum (10-6 mm Hg).
L’apparition du cône de Taylor est observée sous l’effet d’un potentiel appliqué de - 2,46KV. The appearance of the Taylor cone is observed under the effect of an applied potential of - 2.46KV.
Exemple 6 - Source d’ions fluorure à partir de fluorure de césium (CsF) Example 6 - Source of fluoride ions from cesium fluoride (CsF)
Une solution de 0,075g de fluorure de césium CsF dans 1 ,5g de PEG 600 (correspondant à 5% en poids de CsF) est chargée dans un dispositif analogue à celui représenté sur la Figure 2, le réservoir présentant une forme coudée. A solution of 0.075 g of cesium fluoride CsF in 1.5 g of PEG 600 (corresponding to 5% by weight of CsF) is loaded into a device similar to that shown in FIG. 2, the reservoir having an angled shape.
On observe l’apparition d’une extraction d’ions sous application d’un potentiel de - 2,5K V. Un courant source/cible stable de 22 microampères est observé. Les ions extraits de la source ont été recueillis sur une cible (feuille d’aluminium). L’analyse XPS de ce dépôt montre la présence très majoritaire de fluor sur cette cible, confirmant l’extraction sélective des ions fluorures F\ Les résultats de l’analyse XPS sont reportés dans le tableau 2 ci- dessous. We observe the appearance of an extraction of ions under application of a potential of - 2.5 K V. A stable source/target current of 22 microamperes is observed. The ions extracted from the source were collected on a target (aluminum foil). The XPS analysis of this deposit shows the very majority presence of fluorine on this target, confirming the selective extraction of the fluoride ions F\ The results of the XPS analysis are reported in Table 2 below.
Tableau 2
Figure imgf000032_0001
Table 2
Figure imgf000032_0001
Exemple 7 - Source utilisant des polymères rédox-actifs (polymères poycationiques de type bipyridiniums) Example 7 - Source using redox-active polymers (poycationic polymers of the bipyridinium type)
Synthèse du polymère polvcationiaue Synthesis of the Polymer Polymer
Une solution de 1,005g de 4,4’ bipyridine (Aldrich) et 3,0504 g de penta(éthylène glycol) ditosylate (Eburon organics) dans 10mL de DMF est chauffée à 120°C pendant 24h. A solution of 1.005g of 4.4' bipyridine (Aldrich) and 3.0504g of penta(ethylene glycol) ditosylate (Eburon organics) in 10mL of DMF is heated at 120°C for 24h.
Après retour à température ambiante, le polymère est précipité dans 200mL d’éther diéthylique sous forte agitation. L’huile visqueuse ainsi obtenue est dissoute dans un mélange dichlorométhane/éthanol (50/50) et la solution ainsi obtenue est évaporée sous vide. After returning to ambient temperature, the polymer is precipitated in 200 mL of diethyl ether with vigorous stirring. The viscous oil thus obtained is dissolved in a dichloromethane/ethanol mixture (50/50) and the solution thus obtained is evaporated under vacuum.
Le polymère synthétisé répond à la formule (I) suivante : Formation d’un faisceau d’ions tosylates The synthesized polymer corresponds to the following formula (I): Formation of a beam of tosylate ions
0,467g du polypyridinium sont dissouts dans 2,405g de PEG 600. Après chauffage à 100°C pendant 5h, une solution limpide brun clair est obtenue. Cette solution est ensuite chargée dans un dispositif analogue à celui représenté sur la Figure 2, le réservoir présentant une forme coudée. 0.467 g of the polypyridinium are dissolved in 2.405 g of PEG 600. After heating at 100° C. for 5 hours, a limpid light brown solution is obtained. This solution is then loaded into a device similar to that shown in Figure 2, the reservoir having a bent shape.
Sous l’application d’un potentiel négatif de -2,5KV, on observe la formation d’un cône de Taylor avec émission des ions tosylates. Under the application of a negative potential of -2.5 KV, the formation of a Taylor cone is observed with emission of tosylate ions.
Exemple 8 - Source utilisant des polymères réticulés. Example 8 - Source using cross-linked polymers.
0,614 g de penta(ethyleneglycol) ditosylate (Eburon organics), 0,060g de poly(4- vinylpyridine) et 0,2g de CsBr sont dissous dans 3mL de méthanol à température ambiante. 0.614 g of penta(ethyleneglycol) ditosylate (Eburon organics), 0.060 g of poly(4-vinylpyridine) and 0.2 g of CsBr are dissolved in 3 mL of methanol at ambient temperature.
Le méthanol est ensuite évaporé, et le liquide visqueux résultant est ensuite introduit dans un dispositif analogue à celui représenté sur la Figure 2, le réservoir présentant une forme coudée. The methanol is then evaporated, and the resulting viscous liquid is then introduced into a device similar to that shown in Figure 2, the reservoir having a bent shape.
L’ensemble est ensuite étuvé à 120°C pendant une nuit. La source ainsi chargée est ensuite placée sous ultravide (10-6 mm Fig). L’application d’un potentiel négatif (-9KV) conduit à l’apparition d’un courant de 100pA sur une cage de Faraday placée à distance de la source. L’analyse XPS de la surface-cible placée dans la cage de Faraday permet d’observer en particulier les ions tosylate émis par la source. The whole is then steamed at 120°C overnight. The source thus charged is then placed under ultrahigh vacuum (10-6 mm Fig). The application of a negative potential (-9KV) leads to the appearance of a current of 100pA on a Faraday cage placed at a distance from the source. The XPS analysis of the target surface placed in the Faraday cage makes it possible to observe in particular the tosylate ions emitted by the source.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la production d’un faisceau d’une ou de plusieurs espèces chimiques chargées en phase gazeuse, ce procédé comprenant : 1. Process for the production of a beam of one or more charged chemical species in the gas phase, this process comprising:
1 ) la fourniture d’un dispositif comprenant : 1) the supply of a device comprising:
- une zone d’émission dudit faisceau en contact avec une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur du faisceau, et - an emission zone of said beam in contact with a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of the beam, and
- une zone de réception dudit faisceau, - a zone for receiving said beam,
2) l’application d’une différence de potentiel entre la zone d’émission et la zone de réception, 2) the application of a potential difference between the emission zone and the reception zone,
3) optionnellement, la mise sous vide du dispositif, de préférence à une pression inférieure ou égale 105 hPa, plus préférentiellement à une pression inférieure ou égale à 106 hPa, et 3) optionally, placing the device under vacuum, preferably at a pressure less than or equal to 10 5 hPa, more preferably at a pressure less than or equal to 10 6 hPa, and
4) la production du faisceau. 4) beam production.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la zone d’émission est chauffée à une température allant de 15°C à 600°C, de préférence de 20°C à 300°C. 2. Method according to claim 1, in which the emission zone is heated to a temperature ranging from 15°C to 600°C, preferably from 20°C to 300°C.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend un réservoir permettant de contenir la composition. 3. Method according to any one of the preceding claims, in which the device comprises a reservoir making it possible to contain the composition.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou les espèces précurseurs du faisceau sont sous la forme d’un sel, en association avec un contre-ion. 4. Method according to any one of the preceding claims, in which the precursor species of the beam are in the form of a salt, in association with a counterion.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le polymère comprend des groupements polaires en interaction dipolaire avec ledit contre-ion, de préférence les groupements polaires du polymère et ledit contre-ion sont en interaction charge-dipôle. 5. Process according to claim 4, in which the polymer comprises polar groups in dipolar interaction with the said counter-ion, preferably the polar groups of the polymer and the said counter-ion are in charge-dipole interaction.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le polymère comprend des groupements chargés et dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est un contre-ion desdits groupements chargés du polymère. 6. Method according to any one of claims 1 to 3, in which the polymer comprises charged groups and in which the precursor species of the beam is a counter-ion of the said charged groups of the polymer.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le polymère est choisi parmi les polymères réticulables susceptibles de former des groupements chargés par réaction avec un agent réticulant. 7. Process according to claim 6, in which the polymer is chosen from crosslinkable polymers capable of forming charged groups by reaction with a crosslinking agent.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est formée au cours de la réaction de réticulation du polymère, de préférence par décomposition d’un agent réticulant. 8. Process according to claim 7, in which the precursor species of the beam is formed during the crosslinking reaction of the polymer, preferably by decomposition of a crosslinking agent.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi : des ions monoatomiques, des molécules chargées, des nanoparticules chargées et l’un quelconque de leurs mélanges. 9. Method according to any one of the preceding claims, in which the precursor species of the beam is chosen from: monatomic ions, charged molecules, charged nanoparticles and any one of their mixtures.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des ions monoatomiques, de préférence parmi les ions césium Cs+, les ions iodures I et l’un quelconque de leurs mélanges. 10. Process according to claim 9, in which the precursor species of the beam is chosen from monatomic ions, preferably from cesium Cs + ions, iodide I ions and any one of their mixtures.
11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des ions pluriatomiques, de préférence sont les ions nitrate NO3 , les ions triiodures I3 , les ions tribromures Br3 , les ions perchlorate CIO4 , les ions azotures N3 et l’un quelconque de leurs mélanges. 11. Process according to claim 9, in which the precursor species of the beam is chosen from pluriatomic ions, preferably nitrate ions NO 3 , triiodide ions I 3 , tribromide ions Br 3 , perchlorate ions CIO 4 , azide ions N 3 and any one of their mixtures.
12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’espèce précurseur du faisceau est choisie parmi des nanoparticules, de préférence parmi des nanoparticules métalliques, des nanoparticules métalloïdes, des nanoparticules carbonées, des nanoparticules semi-conductrices et l’un quelconque de leurs mélanges. 12. Method according to claim 9, in which the precursor species of the beam is chosen from nanoparticles, preferably from metallic nanoparticles, metalloid nanoparticles, carbonaceous nanoparticles, semiconductor nanoparticles and any one of their mixtures .
13. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif comprenant : 13. Device for implementing the method according to any one of the preceding claims, said device comprising:
- une zone d’émission du faisceau en contact avec une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse, - a beam emission zone in contact with a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a beam of charged chemical species in the gaseous phase,
- une zone de réception du faisceau, et - a beam reception area, and
- des moyens permettant d’induire une différence de potentiel entre ladite zone d’émission et ladite zone de réception. - means making it possible to induce a potential difference between said emission zone and said reception zone.
14. Utilisation d’une composition comprenant au moins un polymère et au moins une espèce précurseur d’un faisceau d’espèces chimiques chargées en phase gazeuse dans un dispositif pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse, ou dans un procédé pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse. 14. Use of a composition comprising at least one polymer and at least one precursor species of a beam of charged chemical species in the gas phase in a device for the production of a beam of charged species in the gas phase, or in a method for producing a charged species beam in the gas phase.
15. Utilisation selon la revendication 14, dans un dispositif pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse tel que défini à la revendication 13. 15. Use according to claim 14, in a device for the production of a beam of charged species in the gaseous phase as defined in claim 13.
16. Utilisation selon la revendication 14, dans un procédé pour la production d’un faisceau d’espèces chargées en phase gazeuse tel que défini à l’une quelconque des revendications 1 à 12. 16. Use according to claim 14, in a process for the production of a charged species beam in the gas phase as defined in any one of claims 1 to 12.
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