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Microfluidique Supercritique: Développements et applications de microréacteurs travaillant en conditions supercritiques

Samuel Marre - MIT (Boston, USA)

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Une voie de recherche prometteuse en Microfluidique consiste à associer le contrôle d’un milieu réactionnel de « taille appropriée » avec des conditions de pression et de température permettant de développer de nouvelles voies de synthèse chimique ou de matériaux qui ne sont pas réalisables avec les microsystèmes fluidiques courants. Le développement de ces microsystèmes haute pression haute température a été possible grâce aux avancées récentes en microfabrication apportées par la Microfluidique (microréacteurs silicium / Pyrex) et via le développement de nouvelles connectiques modulables haute pression permettent maintenant une interchangeabilité des puces microfluidique.
Le développement de microréacteurs permettant de travailler en température et pression (T < 500°C et p < 30 MPa, Figure 1) ouvre de nombreuses possibilités de d’applications tant en d’un point de vue procédé que d’un point de vue matériaux. Plus particulièrement, les conditions pouvant être appliquées au sein des ces microcanaux permettent l’utilisation des fluides supercritiques. De part leur propriétés physico-chimiques intermédiaires entre celles des liquides incompressibles et celles des gaz compressibles (faible viscosité, densité équivalente aux gaz, forte diffusivité des espèces), on peut envisager des effets hydrodynamiques intéressants pour améliorer les procédés de synthèse classiques en microfluidiques (meilleur mélange des espèces, meilleure distribution des temps de séjour, etc.)

Je présenterai dans un premier temps les méthodes de fabrication permettant de développer ce type de systèmes, puis quelques exemples de matériaux réalisés à l’aide de ceux-ci, ainsi que leurs potentialités de développement en science des matériaux et en chimie.

Article en rapport avec le sujet :

[1] S. Marre, J. Park, J. Rempel, J. Guan, M.G. Bawendi, K.F. Jensen, Supercritical continuous-microflow synthesis of narrow size distribution quantum dots, Adv. Mater., 2008, 20, 4830-4834.

[2] B.K.H. Yen, A. Günther, M.A. Schmidt, K.F.Jensen, M.G.Bawendi, A Microfabricated gas-liquid flow reactor for high temperature synthesis: The case of CdSe quantums dots”, Ang. Chem. Int. Ed., 2005, 44(34), 5447-5451.

Légende de la figure:

Microréacteurs Silicium/Pyrex permettant le travail en température et en pression développés au MIT. (a) Modèle moyenne pression (15 MPa) pour la synthèse de nanomatériaux, (b) microréacteur pour les applications à haute pression (P < 30 MPa) et haute température (T < 500°C).