Une sonde innovante capable de fonctionner à des températures aussi élevées que la lave en fusion a été inventée par des chercheurs.
L’équipe a conçu et testé avec succès des pales rotatives pour générer un écoulement dans le silicium fondu, crucial pour les industries telles que l’acier ou le nucléaire qui s’appuient sur le contrôle du métal fondu et la détection des impuretés.
Les analyses traditionnelles en laboratoire sont lentes, coûteuses et manquent de données en temps réel. L’équipe a entrepris de développer une méthode de détection d’impuretés en temps réel avec une limite de détection très basse, la concentration réelle la plus basse, qui sera presque toujours détectée dans le silicium fondu utilisé pour les cellules solaires, en s’attaquant à des défis tels que l’environnement à haute température et la présence de vapeurs et oxydes.
Auteur principal Dr Younès Belrhiti associé de recherche principal de Bristol École de génie électrique, électronique et mécanique a déclaré : « Notre étude a introduit une sonde à haute température innovante basée sur une agitation mécanique, garantissant une surface propre, représentative et stable pour l’analyse chimique en temps réel du silicium fondu. »
Les techniques de spectroscopie impliquent la mesure et l’analyse de l’interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière pour fournir des informations sur la composition, la structure et les propriétés des substances. LIBS (spectroscopie de claquage induite par laser) est une technique spectroscopique à distance et rapide qui peut être appliquée à n’importe quel matériau (liquide, solide et aérosol).
Récemment, son application aux fusions métallurgiques a connu un intérêt croissant pour le contrôle de la fusion. Cependant, les applications LIBS basées sur la réalisation d’ablations laser au dessus d’un liquide présentent des inconvénients dus au manque de renouvellement et de stabilité de la surface analysée. La surface du bain exposée à l’atmosphère du four peut être modifiée chimiquement (oxydée ou nitrée) conduisant à la présence d’un laitier. Elle n’est donc pas représentative de la composition chimique de la masse fondue.
À haute température, les vapeurs peuvent interférer avec un faisceau laser de spectroscopie. Dans certains cas, le spectre émis par le plasma peut être masqué par les émissions de métal chaud car il se comporte comme un corps noir. Compte tenu de ces difficultés, plusieurs dispositifs ont été développés pour appliquer le LIBS sur des métaux en fusion qui présentent certaines limitations telles que l’instabilité.
Dans cette étude, publiée aujourd’hui dans la revue Heliyon, il est proposé de combiner une agitation mécanique de la matière fondue par des pales rotatives innovantes avec LIBS. Leur rotation générera une surface représentative, renouvelée et stable comme cible du laser LIBS pour une analyse in situ à haute température.
Le Dr Belrhiti a ajouté : « Nous avons conçu et testé des pales rotatives innovantes pour générer un écoulement dans le silicium fondu. Ensuite, nous avons développé la sonde associée couplée à la technique spectroscopique LIBS, garantissant sa fonctionnalité dans des conditions de haute température.
« La sonde développée offre un moyen plus rapide et plus rentable de détecter les impuretés dans les matériaux fondus utilisés pour les cellules solaires, grâce à une agitation mécanique et une spectroscopie innovantes qui garantissent une analyse précise en temps réel, ouvrant la voie à une production d’énergie solaire plus efficace.
La sonde mécanique basée sur l’agitation permet une détection efficace des impuretés dans le silicium fondu, améliorant ainsi le contrôle qualité des cellules photovoltaïques. Cette technologie peut être adaptée à diverses applications à haute température au-delà des cellules solaires, comme dans les industries sidérurgique et nucléaire.
Après avoir validé leur méthode sur du silicium fondu, la prochaine étape consiste à explorer son application dans d’autres environnements à haute température, élargissant ainsi ses utilisations industrielles potentielles.
Papier:
‘Agitation mécanique : Nouvelle approche d’ingénierie pour l’analyse spectroscopique in situ de matière fondue à haute température’ par Y. Belrhiti, M. Albaric, M. Benmansour, J.-B. Sirven et A. Chabli dans Hellion.
2024-02-29 13:05:00
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