1. Evolution of the composition of nanoparticles formed by the nanosecond Nd:YAG laser irradiation of an aluminium target in N2–O2 gas mixtures
- Author
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Jean-Marie Jouvard, Jin Yu, M. Girault, Pascal Berger, Sylvie Bourgeois, L. Lavisse, Erwann Carvou, J.L. Le Garrec, M.C. Marco de Lucas, Valérie Potin, James Mitchell, Georg Daniel Förster, François-Xavier Ouf, F. Calvo, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers (LEEL - UMR 3685), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), Laboratoire Interdisciplinaire de Physique [Saint Martin d’Hères] (LIPhy), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] ( LICB ), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard ( UTBM ) -Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire d'Etudes des Eléments Légers ( LEEL - UMR 3685 ), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) ( NIMBE UMR 3685 ), Institut Rayonnement Matière de Saclay ( IRAMIS ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut Rayonnement Matière de Saclay ( IRAMIS ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Physique de Rennes ( IPR ), Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire ( IRSN ), Laboratoire Interdisciplinaire de Physique [Saint Martin d’Hères] ( LIPhy ), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
- Subjects
Materials science ,Analytical chemistry ,chemistry.chemical_element ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,law.invention ,chemistry.chemical_compound ,law ,Aluminium ,0103 physical sciences ,General Materials Science ,Gas composition ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,010302 applied physics ,[PHYS]Physics [physics] ,Laser ablation ,[ PHYS ] Physics [physics] ,Aluminium oxynitride ,Aluminium nitride ,General Chemistry ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Laser ,chemistry ,Nd:YAG laser ,[ CHIM.MATE ] Chemical Sciences/Material chemistry ,Aluminium oxide ,0210 nano-technology - Abstract
Laser ablation of metallic targets in gas atmospheres gives rise to the formation of nanoparticle (NP) powders when high laser irradiances (i.e., > 1 GW/cm² for aluminium targets) are used. The properties of the NPs so formed vary as a function of the laser irradiation parameters and the pressure and composition of the ambient gas. Here, we studied the composition and structure of NPs formed by laser ablation of Al targets with a nanosecond Nd:YAG laser emitting at 1064 nm. The laser irradiance was 2.5 GW/cm2. N2–O2 gas mixtures containing different amounts of nitrogen (100–80 vol% N2) were used as ambient gas at atmospheric pressure. The influence of the ambient gas composition on the morphology and the structure of the NPs was studied ex-situ by scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffraction and micro-Raman spectroscopy. Their composition of light elements was determined by ion beam analysis. It was shown that together with metallic aluminium, different amounts of aluminium nitride and aluminium oxynitride were formed in the NPs as a function of the nitrogen concentration in the ambient gas. Below 95 vol% N2, the concentration of nitride phases decreases strongly. However, the formation of aluminium oxide (Al2O3) was not observed, whereas it was detected in NPs formed in air. A discussion of these results that takes into account the dynamics of the plasma plume is proposed.
- Published
- 2017
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