PLASSEL propose un procédé bas coût de production de couches minces nanocomposites (NCs) polymère-métal à propriétés contrôlées, en une étape et sur de grandes surfaces. A faible impact environnemental et safe by design, ce procédé sera développé pour des NCs plasmoniques (Au/polymère) et magnétiques (Ni/polymère). L’originalité résulte de l’association d’un aérosol de sels métalliques dissouts dans un solvant et d’un plasma froid à pression atmosphérique produit par une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) facilement transférable à grande échelle. Le plasma induit la formation des nanoparticules (NPs), leur transport sur la surface du substrat et la polymérisation du solvant pour former la matrice du film mince. L’approche couple modélisation et expérience pour comprendre les mécanismes de transformation des sels en métal et pour contrôler la morphologie des NCs à l’aide d’une source plasma multifréquence. L’aspect hors équilibre du plasma sera exploité pour élaborer des NPs de forme et/ou de structure originale.

En se référant en permanence à la littérature sur les NCs plasmoniques, PLASSEL développera, pour le système Au/polymère, des modèles plausibles de nucléation et croissance des NPs et identifiera les phénomènes clés et les paramètres expérimentaux associés, qui permettront le contrôle morphologique des NCs. Il développera aussi des outils spécifiques de caractérisation des NPs in situ afin de suivre leur formation tout au long de la chaîne de production. Ce savoir-faire sera ensuite transposé au cas des NCs magnétiques, avec le souci d’utiliser les conditions hors-équilibre des DBD pour promouvoir la formation de variétés allotropiques autre que la forme thermodynamiquement stable de Ni. Ces nouvelles phases métalliques permettront à PLASSEL d’explorer des propriétés magnétiques nouvelles, à peine étudiées à ce jour.

La maitrise fine des propriétés des NCs implique (i) de déterminer les processus de transformation des gouttelettes de sels métalliques en NPs en présence des espèces énergétiques du plasma (ii) de contrôler la taille, la densité et la structure des NPs dans les NCs. La compréhension de l’ensemble des paramètres du procédé et en particulier du régime de décharge sur la polymérisation du solvant et la croissance des NPs dans le volume du plasma et sur le substrat permettra de contrôler le plus indépendamment possible chacun des mécanismes.
Grâce à un réacteur plasma pilote disponible dans le consortium, la production de ces NCs sera montée en échelle, et les verrous à lever pour un transfert technologique seront définis.

La faisabilité de ce nouveau procédé de fabrication des NCs vient juste d’être établie par le laboratoire de la coordonnatrice sur le système Au/polymère. C’est d’ailleurs, ces premiers résultats expérimentaux qui sont à l’origine de la présente proposition.

Le consortium réunit des modélisateurs et des expérimentateurs spécialistes de la croissance de NPs dans un plasma (LSPM, LAPLACE, PROMES), des décharges à la pression atmosphérique et des procédés associés (PROMES, LAPLACE) ainsi que des spécialistes de la mise en œuvre et de la caractérisation des NCs (PROMES, ITODYS) et de leurs propriétés plasmoniques (PROMES) et magnétiques (ITODYS).

Grâce à sa versatilité, en termes de variété de matériaux préparés, et de facilité de mise en œuvre et de montée en échelle, la voie de synthèse proposée positionne indéniablement ce consortium comme leader dans le domaine. Les avancées importantes attendues sur les nanomatériaux fonctionnels choisis devraient accentuer ce leadership scientifique, que ce soit sur l’élaboration des matériaux, l’étude de leurs propriétés physiques, la conception expérimentale d’analyse in-situ, les sources plasma à pression atmosphérique ou encore les modèles de simulations numériques du comportement d’un aérosol de sels métallique en phase plasma, tout en ouvrant la voie à de significatifs transferts technologiques.