A new fast method for ceramic foam impregnation: Application to the CCVD synthesis of carbon nanotubes

A new process that allows preparing, in a single step, good washcoats of catalytic materials for the catalytic chemical vapour deposition (CCVD) synthesis of carbon nanotubes (CNTs) in reticulated ceramic foams is reported. It is shown that the washcoats, obtained by impregnation using viscous slurries made of finely divided powders dispersed in different media, cover the total surface of foams with good adhesions. The catalytic activity with regards to the CNT synthesis is finally verified, showing that our new fast impregnation process makes possible to get materials with final architectures suitable for heterogeneous catalysis applications

CaCu3Ti4O12 ceramics from co-precipitation method: Dielectric properties of pellets and thick films

Dielectric properties of CaCu3Ti4O12 (CCTO)-based ceramics and thick films (e ∼50m) prepared from powders synthesized by a soft chemistry method (co-precipitation) are presented and discussed. The characteristics of pellets and thick films are compared. The pellets exhibit high values of the dielectric permittivity (εr ∼1.4×105) and relatively small dielectric losses (tan δ ∼0.16) at 1 kHz and room temperature. These properties are independent of the nature of the metallization of the electrodes. In addition, the dielectric permittivity decreases when the diameter of the electrodes of the pellets increases, while the losses remain constant. This result, which is strongly related to the nature of the dielectric material in between the electrodes, constitutes a strong indication that the high dielectric permittivity values observed in this material are not related to an interfacial (electrode material) related mechanism but is an internal barrier layer capacitor (IBLC) type. Very high values of the dielectric permittivity of CCTO thick films are measured (εr ∼5×104). The differences in dielectric permittivity between thick films and dense pellets may be attributed to the difference in grain size due to different CuO contents, and to the different reactivity of the materials

Simulation numérique de la propagation d'une source laser incohérente dans une fibre optique

International audienceLe présent travail concerne les lasers à fibre impulsionnels de puissance de type MOPFA (oscillateur laser maître suivi d'un amplificateur à fibre). Un travail expérimental a permis d'établir que les non-linéarités observées (effet Kerr, mélange à quatre ondes, effet Raman) pouvaient être de nature très différentes selon les caractéristiques de la source issue du laser maître sans toutefois permettre de déterminer si la statistique des photons est seule responsable des différents scénarios non-linéaires observés. Nous avons développé un code de simulation numérique afin de pouvoir valider l'hypothèse selon laquelle les propriétés du laser maître en termes de cohérence jouent un rôle prépondérant dans la manifestation des non-linéarités

Elaboration, by tape casting, of an SOFC half cell for low temperature applications

International audienceThese last past years, a major interest has been devoted to decrease the working temperature of solid oxide fuel cells (SOFCs) down to about 700°C. In this respect, materials with a high ionic conductivity at low temperature have to be found and the rpocess to elaborate fuel cells, using these new materials, has to be developed .....

Catalytic Membrane Reactor: Multilayer membranes elaboration

International audienceMethane conversion to syngas is very attractive for hydrogen or clean fuel production and provides an alternative to oil products. An efficient architecture for the membrane reactor is constituted of a porous support, a thin dense membrane and a catalyst layer. This work is focused on the elaboration process of such asymmetric membranes by co-sintering of at least the porous support and the dense membrane and specially the choice of well adapted materials. La0.8Sr0.2Fe0.7Ga0.3O3-δ perovskite material has been chosen as the dense membrane because it exhibits a good compromise between oxygen flux and stability. The choice of the material for the porous support is mainly oriented by the sintering behaviour of the membrane, the thermal expansion behaviour of both layers to avoid cracks formation under working conditions and the chemical inertness of both materials. Several formulations fulfilling these three requirements were synthesized by liquid phase reaction and tape-cast. A pore forming agent was added in the support tapecasting slurry in order to create a controlled porosity. Then, the porous support has been characterized in term of gas permeability and thermal expansion under working conditions. Keywords: Ceramic membrane, co-sintering, perovskite, syngas, mixed conducting materials

Oxygen permeation and dimensional stability under pO2 gradient of (La,Sr)(Fe, Ga)O3-delta perovskite membranes

International audienceNatural gas conversion into syngas, is very attractive for hydrogen or cleanfuel production and provides a new alternative to oil products ......

MODELISATION DU TRANSPORT DE L'OXYGENE A TRAVERS UN OXYDE CONDUCTEUR MIXTE

National audienceLa production actuelle d'oxygène pure est réalisée essentiellement par cryogénie (-180 °C). Or de nombreux procédés industriels, comme le reformage du méthane, utilisent ce gaz à haute température (entre 650 et 1000 °C suivant le procédé). Il en résulte une perte énergétique importante. Une des solutions envisagées est la séparation de l'oxygène contenu dans l'air à haute température via une membrane céramique dense présentant des propriétés de conduction mixte. Ces membranes ont une structure pérovskite sous-stoechiométrique, qui induit la formation de lacune d'oxygène favorisant une conduction ionique d'oxygène. De plus, la structure pérovskite implique un nombre important de cations favorisant une conduction électrique. À haute température, lorsque la membrane est soumise à un gradient de pression partielle d'oxygène, les anions d'oxygène diffusent à travers celle-ci. Les électrons diffusent dans le sens opposé, afin d'assurer l'électroneutralité. Cela est dû à la propriété de semi-perméation de l'oxygène qui correspond à l'ensemble des mécanismes de transport à travers la membrane (en surface et en volume). La structure cristalline n'est toutefois pas modifiée par cette migration d'espèces. Pour la majorité des conducteurs mixtes, la semi-perméation induit des déformations dites chimiques du même ordre de grandeur que la dilatation thermique. Ainsi pour évaluer les contraintes que subit la membrane au sein d'un réacteur en fonctionnement, un modèle thermo-chimio-mécanique contenant une modélisation complète de la semi-perméation est indispensable. Après avoir décrit les phénomènes de la semi-perméation mis en jeu, plusieurs modèles d'échanges ioniques en surfaces seront étudiés. Finalement, un nouveau modèle sera proposé

Etude et modélisation du comportement thermo‐chimio-­mécanique des oxydes conducteurs mixtes

National audienceLa séparation de l'oxygène de l'air est couramment réalisée par distillation cryogénique. Depuis un peu plus de 30 ans, les oxydes conducteurs mixtes semblent constituer une alternative intéressante pour la production d'oxygène ultra pur. L'oxygène est séparé de l'air, à haute température, par conduction ionique à travers une membrane céramique dense. Tous les procédés nécessitant de l'oxygène (oxycombustion, métallurgie, domaine médical, ...) sont des applications possibles de cette technologie. Les conducteurs mixtes sont des matériaux céramiques dans lesquels deux espèces chimiques se déplacent : une espèce ionique et une espèce électronique. Le rapport des conductivités électroniques et ioniques est tel que la neutralité électrique est conservée. Cette propriété est obtenue par dopage d'une céramique (le plus souvent de structure perovskite) qui génère la présence de défauts, notamment des lacunes d'oxygène. Le composé est alors qualifié de sous-stœchiométrique en oxygène. Les écarts à la stœchiométrie sont fonction de l'oxyde de départ, de la température et de l'activité chimique des composés. En service, la fluctuation de la stoéchiométrie, résultant du chargement thermique et du flux des ions oxygène à travers la membrane, occasionne des déformations du réseau cristallin qui se traduisent macroscopiquement par une déformation de la membrane et une modification (faible) des propriétés mécaniques. Afin de confirmer le rôle de ces déformations dites "chimiques" dans la rupture des membranes et d'étudier l'influence de paramètres telles que la géométrie (scellement céramique/métal) ou les conditions opératoires, un modèle macroscopique du comportement thermo-chimio-mécanique de ces céramiques a été développé et implémenté dans le logiciel Abaqus. La modélisation est relativement complète, tant du point de vue du comportement de la membrane que des sollicitations : la déformation chimique est prise en compte par l'intermédiaire d'un comportement thermomécanique dédié ; le transport ionique de l'oxygène est également reproduit via une loi de transport dédiée, en lien avec l'évolution du champ de température. La simulation d'essais de dilatométrie sous différentes atmosphères contrôlées permet d'illustrer les capacités actuelles du modèle ainsi que ses limites. Enfin, ce modèle a permis de simuler les différentes phases de fonctionnement d'un réacteur pilote, développé par Air Liquide. Les prévisions obtenues sont pertinentes et mettent en lumière l'origine de certaines des difficultés actuelles de transfert de la technologie à l'échelle industrielle

Analysis of Heat Transfer Phenomena inside Concrete Hollow Blocks

During both hot and cold seasons, masonry walls play an important role in the thermal performance between the interior and the exterior of occupied spaces. It is thus essential to analyze the thermal behavior at the hollow block’s level in order to better understand the temperature and heat flux distribution in its structure and potentially limit as much as possible the heat transfer through the block. In this scope, this paper offers an experimental and numerical in-depth analysis of heat transfer phenomena inside a hollow block using a dedicated experimental setup including a well-insulated reference box and several thermocouples and fluxmeters distributed at the boundaries and inside the hollow block. The block was then numerically 3D modelled and simulated using COMSOL Multiphysics under the same conditions, properties, and dimensions as the experimentally tested block. The comparison between the numerical and experimental results provides very satisfactory results with relative difference of less than 4% for the computed thermal resistance

Oxygen permeation, thermal and chemical expansion of (La, Sr)(Fe, Ga)O3−δ perovskite membranes

International audienceDense ceramic membranes made from mixed conductors are interesting because of their potential applications formethane conversion into syngas (H2 and CO mixture). Such membranes need to present a low differential dimensional variation between the opposite faces submitted to a large gradient of oxygen partial pressure, in order to minimize mechanical stresses generated through the membrane thickness. Besides, high oxygen permeability is required for high methane reforming rate. La(1−x)SrxFe(1−y)GayO3−δ materials fulfil these two main requirements and were retained as membranes in catalytic membrane reactors (CMR). The variations of expansion and oxygen permeation of La(1−x)SrxFe(1−y)GayO3−δ perovskite materials with the partial substitution of lanthanum and iron cations, temperature and oxygen partial pressure, were studied. For low temperatures (800 ◦C), TEC, then dimensional stability of the membrane, and oxygen permeation of La(1−x)SrxFe(1−y)GayO3−δ materials, are significantly affected by Sr content and oxygen partial pressure. Ga has a stabilisation effect on the TEC and has no influence on oxygen permeation flux. A good compromise between dimensional stability and oxygen permeation of materials was found to be La0.7Sr0.3Fe0.7Ga0.3O3−δ compositio