Élaboration de nanoparticules d’alliages métalliques par décharges impulsionnelles nanosecondes dans l’azote liquide

This work is limited to the synthesis of nanoparticles by discharges generated in a non-reactive liquid, namely liquid nitrogen. Depending on the types of electrodes used and the experimental conditions, the use of liquid nitrogen actually makes it possible to preserve the metallic nature of the nanoparticles and even to consider forming alloys using electrodes of different metals. This work therefore contributes to improving our knowledge of the formation of metallic nanoparticles in a medium considered inert, which simplifies the interpretation of spectroscopic analyzes, and to demonstrate the viability of such a process for potential applications in catalysis or photonics. . We chose two study systems: Cadmium-Silver and Cobalt-Nickel. The advantage of the first is to form defined compounds which easily allow positioning in the phase diagram, and which, in the event of the formation of alloys, would allow easy understanding of changes in the composition of the particles formed. It is quite similar to the Copper-Zinc system, and therefore allows a direct comparison with this system in order to verify in particular the similarity of their behavior. We will see that it is not. Finally, in a more prospective manner, we are also seeking to form alloy nanoparticles that are out of equilibrium, i.e. not compatible with the phase diagram associated with them, with the aim of obtaining new properties.Ce travail se limite à la synthèse de nanoparticules par des décharges générées dans un liquide non-réactif, à savoir l’azote liquide. Selon les types d’électrodes utilisées et les conditions expérimentales, l’utilisation d’azote liquide permet effectivement de préserver la nature métallique des nanoparticules et même d’envisager de former des alliages en utilisant des électrodes de métaux différents. Ce travail contribue donc à améliorer nos connaissances sur la formation des nanoparticules métalliques dans un milieu considéré comme inerte, ce qui simplifie l’interprétation des analyses spectroscopiques, et à démontrer la viabilité d’un tel procédé pour de potentielles applications en catalyse ou en photonique. Nous avons choisi deux systèmes d’étude : Cadmium-Argent et Cobalt-Nickel. L’intérêt du premier est de former des composés définis qui permettent aisément de se positionner dans le diagramme de phase, et qui dans l’éventualité de la formation d’alliages, permettrait de comprendre facilement les évolutions de compositions des particules formées. Il est assez similaire au système Cuivre-Zinc, et permet donc une comparaison directe avec ce système afin de vérifier notamment la similitude de leurs comportements. Nous verrons qu’il n’en est rien. Enfin, de manière plus prospective, nous cherchons aussi à former des nanoparticules d’alliage qui seraient hors équilibres, i.e. non compatibles avec le diagramme de phase qui leur est associé, dans l’objectif d’obtenir de nouvelles propriétés

Evidence of metal alloy formation nanoparticles synthesized by nanosecond-pulsed discharges in liquid nitrogen

Ce travail se limite à la synthèse de nanoparticules par des décharges générées dans un liquide non-réactif, à savoir l’azote liquide. Selon les types d’électrodes utilisées et les conditions expérimentales, l’utilisation d’azote liquide permet effectivement de préserver la nature métallique des nanoparticules et même d’envisager de former des alliages en utilisant des électrodes de métaux différents. Ce travail contribue donc à améliorer nos connaissances sur la formation des nanoparticules métalliques dans un milieu considéré comme inerte, ce qui simplifie l’interprétation des analyses spectroscopiques, et à démontrer la viabilité d’un tel procédé pour de potentielles applications en catalyse ou en photonique. Nous avons choisi deux systèmes d’étude : Cadmium-Argent et Cobalt-Nickel. L’intérêt du premier est de former des composés définis qui permettent aisément de se positionner dans le diagramme de phase, et qui dans l’éventualité de la formation d’alliages, permettrait de comprendre facilement les évolutions de compositions des particules formées. Il est assez similaire au système Cuivre-Zinc, et permet donc une comparaison directe avec ce système afin de vérifier notamment la similitude de leurs comportements. Nous verrons qu’il n’en est rien. Enfin, de manière plus prospective, nous cherchons aussi à former des nanoparticules d’alliage qui seraient hors équilibres, i.e. non compatibles avec le diagramme de phase qui leur est associé, dans l’objectif d’obtenir de nouvelles propriétés.This work is limited to the synthesis of nanoparticles by discharges generated in a non-reactive liquid, namely liquid nitrogen. Depending on the types of electrodes used and the experimental conditions, the use of liquid nitrogen actually makes it possible to preserve the metallic nature of the nanoparticles and even to consider forming alloys using electrodes of different metals. This work therefore contributes to improving our knowledge of the formation of metallic nanoparticles in a medium considered inert, which simplifies the interpretation of spectroscopic analyzes, and to demonstrate the viability of such a process for potential applications in catalysis or photonics. . We chose two study systems: Cadmium-Silver and Cobalt-Nickel. The advantage of the first is to form defined compounds which easily allow positioning in the phase diagram, and which, in the event of the formation of alloys, would allow easy understanding of changes in the composition of the particles formed. It is quite similar to the Copper-Zinc system, and therefore allows a direct comparison with this system in order to verify in particular the similarity of their behavior. We will see that it is not. Finally, in a more prospective manner, we are also seeking to form alloy nanoparticles that are out of equilibrium, i.e. not compatible with the phase diagram associated with them, with the aim of obtaining new properties

Synthesis of Ag and Cd nanoparticles by nanosecond-pulsed discharge in liquid nitrogen

International audienceThe synthesis of CdO, Ag2O (5 nm) and Ag (~20-30 nm) nano-objects is achieved simultaneously by nanosecond-pulsed discharges in liquid nitrogen between one cadmium electrode and one silver electrode. Oxidation occurs when liquid nitrogen is fully evaporated and nanoparticles are in contact with the air. No alloy is formed, whatever the conditions, even though both elements are present simultaneously, as showed by time-resolved optical emission spectroscopy. This lack of reactivity between elements is attributed to the high pressure within the discharge that keeps each metallic vapor around the electrode it comes from. Each element exhibits a specific behavior. Cubic Cd particles, formed at 4 kV, get elongated with filamentary tips when the applied voltage reaches 7 and 10 kV. Cd wires are formed by assembly in liquid nitrogen of Cd nanoparticles driven by dipole assembly, and not by dielectrophoresis. On the contrary, silver spherical particles get assembled into 2D dendritic structures. The anisotropic growth of these structures is assumed to be due to the existence of pressure gradients