Nanocomposites bismuth-silice : élaboration, caractérisation microstructurale et propriétés de transport

par Frédéric Brochin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Hubert Scherrer.

Soutenue en 2000

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l'influence de nanoinclusions de silice sur les propriétés de transport du bismuth. Une technique de métallurgie de poudre est employée pour la production de poudres nanocomposites Bi-Si02. Des poudres Bi-y % vol. Si02 (0 [inférieur ou égal à] y [inférieur ou égal à] 15) sont élaborées par coévaporation de bismuth et de silice dans un four à arc. Une étude de la microstructure des poudres nanocomposites indique que les grains de bismuth sont systématiquement enrobés d'une couche de silice de quelques nanomètres d'épaisseur. Un mécanisme de formation des poudres à partir de bismuth, d'oxydes de bismuth et de silicium est proposé. Dans les matériaux massifs, la taille de grains est plus faible pour les nanocomposites que pour le bismuth car la silice empêche la diffusion lors du frittage. La résistivité électrique, le pouvoir thermoélectrique et la conductivité thermique de bismuth polycristallin et de nanocomposites sont mesurées entre 65 K et 300 K. La résistivité électrique est gouvernée par une compétition entre la concentration des porteurs et leur mobilité qui résulte soit en un comportement métallique, soit en un comportement semi-conducteur. La concentration de porteurs ainsi que la mobilité sont extraites à partir de mesures de 5 à 300 K du coefficient de Hall et de la magnétorésistance pour des champs allant de 0 à 7 T. Un comportement extrinsèque du bismuth et des nanocomposites est mis en évidence à basse température (T < 50 K). Il est expliqué par la présence d'états d'énergie additionnels dus aux joints de grains. Le pouvoir thermoélectrique des nanocomposites est plus élevé que celui du bismuth, l'explication se trouvant dans la présence de barrières de potentiel induites par la microstructure. La conductivité thermique des nanocomposites est fortement réduite par rapport à celle du bismuth, et elle est insensible à la fraction volumique de silice en raison d'un effet prédominant de la taille de grain sur la diffusion des phonons.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Annexes : Bibliogr. (123 réf.)

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