Simulation par dynamique moléculaire de la croissance et de la structure d’agrégats de cobalt : synthèse d’agrégats métalliques par ablation laser sous liquide et leur caractérisation

par Sébastien Rives

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Alain Catherinot.

Soutenue en 2007

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    D’une part, la structure d’agrégats de cobalt a été cherchée par des simulations de dynamique moléculaire du procédé de croissance d’agrégats isolés dans une phase gazeuse. Les agrégats sont construits atome par atome à partir d’un germe de 6 atomes jusqu’à une taille de 600 atomes. Les résultats de simulation sont confrontés à l’expérience notamment la réduction du paramètre de maille avec la taille de l’agrégat. En outre, un modèle mathématique simple a été proposé pour calculer l’énergie potentielle des atomes selon leur position dans l’agrégat. Ensuite, des simulations d’agrégations ont été mises en oeuvre pour déterminer le taux de nucléation de monomères de cobalt ainsi que l’occurrence des deux différents régimes de croissance d’agrégats : nucléation ou coalescence. D’autre part, des nanoparticules métalliques (argent, cobalt) ont été synthétisées par ablation laser sous liquide (eau, éthanol). L’état de surface des cibles de cobalt a été étudiée au microscope électronique à balayage pour différentes fluences du laser ainsi que pour différents types de solvant (eau ou éthanol) permettant ainsi de discriminer entre les deux modes d’ablation de matière par ablation laser sous liquide (LAL) : la vaporisation thermique des espèces atomiques de la surface ou l’éjection explosive induite thermiquement de gouttelettes fondues. La structure et la distribution en taille des colloïdes ont été recherchées au microscope électronique en transmission, les particules obtenues sont partiellement oxydées en CoO dans l’eau et en Co3O4 dans l’éthanol. De plus l’absorption de la suspension obtenue a été mesurée entre 200 et 1100 nm. Les colloïdes obtenus dans l’éthanol ont été enrobés de silice par un protocole de la méthode de Stöber permettant d’obtenir des billes de silice de 400 nm de diame����tre avec un coeur constitué de nanoparticules de cobalt. Enfin, les propriétés optiques de suspensions de nanoparticules d’argent dans l’eau ou l’éthanol ont été investiguées par la recherche du pic de résonance plasmon par spectrométrie d’absorption ainsi que par l’examen des pics d’émission en spectrométrie de fluorescence.

  • Titre traduit

    Molecular dynamic simulation of the growth and the structure of cobalt clusters : synthesis of metallic clusters by laser ablation in liquid and their characterization


  • Résumé

    On one hand, the structure of cobalt clusters has been investigated by molecular dynamic simulations of the growth process of isolated clusters in gas phase. Clusters are grown atom by atom from a small seed up to the size of 600 atoms. Simulation results are compared with the experiments in particular the mesh parameter squeezing with the cluster size. Moreover, a simple mathematical model has been proposed to compute the potential energy of the atoms according to the position inside the cluster. Then, aggregation simulations are performed to determine the nucleation rate of cobalt monomers as well as the occurrence of the two different regime of clusters growth: nucleation or coalescence. On the other hand, metallic nanoparticles (silver, cobalt) have been synthesized by laser ablation in liquid (water, ethanol). The surface state of cobalt target has been studied with a scanning electronic microscope for different laser fluences and also for different solvents (water, ethanol) allowing discriminating between the two principal mechanisms of matter removal by laser ablation in liquid (LAL) : the thermal vaporization of atomic species from the surface and the thermally induced explosive ejection of melted droplets. The structure and the size distribution of colloids have been investigated with transmission electronic microscope; the so-prepared particles are partially oxidized into CoO in water and into Co3O4 in ethanol. Furthermore, the absorption of the so-prepared suspension has been measured between 200 and 1100 nm. The so-prepared colloids in ethanol have been coated with silica by the Stöber method enabling the synthesis of silica balls with a diameter of 400 nm and with a cobalt nanoparticles core. Finally, the optical properties of silver nanoparticles suspension in water or ethanol have been investigated by seeking the plasmon resonance peak by absorption spectrometry and also with the examination of the fluorescence spectra emission peaks

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 155-168

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