Laser ablation of a Terfenol-D (Tb0. 3Dy0. 7Fe1. 92) microparticle aerosol and subsequent supersonic nanoparticle impaction for magnetostrictive thick films

par Daniel O'Brien

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Philippe Pernod.

Soutenue en 2006

à l'Ecole Centrale de Lille .

  • Titre traduit

    Ablation Laser de microparticules Terfenol-D (Tb0. 3Dy0. 7Fe1. 92) en aérosol. Dépôt supersonique de nanoparticules pour films magnétostrictifs épais


  • Résumé

    This dissertation describes using microparticles of the (giant) magnetostrictive material Terfenol-D (Tb0. 3Dy0. 7Fe1. 92) in the Laser Ablation of Microparticle (LAM) aerosols process for the generation of nanoparticles and their subsequent supersonic impaction to form nanostructured magnetostrictive thick films. Solid Terfenol-D was ground to a powder having diameters from 0. 3 to 3 µm. This microparticle powder was then aerosolized and ablated by a KrF ultraviolet, pulsed laser in a continuously flowing aerosol process. The nanoparticles formed from the ablation were then accelerated through a supersonic nozzle into vacuum where they impacted onto a substrate at room temperature forming a film. The nanoparticles were amorphous, as shown by x-ray diffraction analysis of the deposited films and by Transmission Electron Microscopy of individual particles and had a size distribution typical of the LAM process : 3 to 20 nm in diameter with a mean size less than 10 nm. The deposited films were characterized using the cantilever method. Values of magnetostriction were on the order of 15 ppm for LAM deposited films. The observed reduced magnetostriction (1/30 that of comparable thin films) was due to oxidation, which source was identified by Spectroscopic analysis of the ablation plasma. Calculations showed that the extent of oxidation in the films was dependent on the microparticle feedstock size. For typical aerosol densities used in the LAM process, calculations showed that material made out of microparticules having a diameter larger than 3 µm was not significantly affected by background gas impurities or by an oxide shell.


  • Résumé

    Cette thèse décrit la fabrication de couches épaisses nanostructurées magnétostrictives par dépôt supersonique de nanoparticules sur un substrat ; ces nanoparticules sont obtenues par le procédé d’Ablation Laser de Microparticules de Terfenol-D en aérosol. Un bloc solide de Terfenol-D a été réduit en poudre de microparticules de 0,3 à 3 µm de diamètre. Ces microparticules ont ensuite été injectées dans un aérosol s’écoulant en continu et ablaté par un laser ultraviolet KrF pulsé. Puis, les nanoparticules formées après l’ablation ont été accélérées par leur passage dans un micro-orifice. Le jet supersonique de nanoparticules en découlant a été utilisé pour déposer une couche épaisse sur un substrat à température ambiante. Les nanoparticules étaient amorphes, comme l’ont montré les analyses de diffraction aux rayons X des couches et les mesures de microscopie électronique à transmission (TEM) effectuées sur des particules individuelles. La distribution des tailles des nanoparticules était typique du procédé LAM : entre 3 et 20 nm de diamètre avec une moyenne de moins de 10 nm. Les couches déposées ont été caractérisées par la méthode des poutres. Les couches étant poreuses en raison de leur nature granulée, leur module élastique était réduit à environ 15 GPa. Le faible niveau de magnétostriction des couches, d'environ 15 ppm, est dû à un problème d’oxydation dont les sources sont identifiées par analyse spectroscopique. Après calculs théoriques, il a été démontré que les nanoparticules fabriquées à partir de microparticules de plus de 3µm ne sont pas affectées par les impuretés présentes dans le gaz durant la phase de dépôt.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 95 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 39 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Service commun de la documentation. Site du Mont Houy.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 209107
  • Bibliothèque : Ecole Centrale de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Centre de documentation.
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