Eudes numériques et expérimentales de systèmes auto-organisés à différentes échelles : exemples d'îlots YSZ nanométriques et de particules de diamant micrométriques

par François Lallet

Thèse de doctorat en Procédés céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Nathalie Olivi-Tran.

Soutenue en 2008

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


  • Résumé

    Dans une première partie nous considérons le système {YSZ||(0001)α-Al2O3} ({couche||substrat}) obtenu par voie sol-gel pour lequel des traitements thermiques induisent la formation d'îlots YSZ épitaxiés plats (interfaces (1) et (2) ; substrat plan) ou bombés (interface (3) ; substrat rugueux). Nous proposons un modèle physique à l'échelle atomique et une approche de simulation ab initio pour calculer l'énergie et comparer la stabilité de chaque interface observée expérimentalement. La deuxième partie introduit un modèle physique à l'échelle nanométrique couplé à un algorithme Monte-Carlo classique pour simuler la mise en îlots, au cours d'un traitement thermique, de films minces synthétisés par voie sol-gel. Cette partie complète l'étude précédente en justifiant la plus grande stabilité de l'interface (3) vis à vis des interfaces (1) et (2) sur un substrat rugueux. Nous proposons ensuite une démarche de simulation analogue et un modèle décrivant les processus de formation d'îlots pour des couches synthétisées par des procédés de type PVD-CVD illustrés par le système {Ge--||Si}. Finalement, un modèle physique et un algorithme de dynamique moléculaire classique sont associés pour simuler l'auto-organisation de particules de diamant micrométriques immergées dans un film liquide horizontal en évaporation sur un substrat. Les particules sont soumises à des forces capillaires attractives et des forces de friction avec le substrat qui est plan ou rayé. L'expérience démontre une agglomération préférentielle des particules sur les zones de forte rugosité d'un substrat rayé ; le modéle démontre l'importance des frottements dans l'interprétation de ce phénomène.

  • Titre traduit

    Numerical and experimental investigations of self-organized systems at different length scales : nanometric YSZ islands and micrometric diamond particles


  • Résumé

    In a first part, we focus on the {YSZ||(0001)α-Al2O3} {flayer||substrateg} system synthesized via sol-gel route for which thermal treatments induce the formation of top-at epitaxial nanometric YSZ islands (interfaces (1) and (2) ; at substrate) or rounded (interface (3) ; rough substrate). We propose a physical model at the atomic scale and ab initio computations in order to quantify and compare their corresponding interface energies. The second part introduces a physical model at the nanometric scale and a classical Monte-Carlo algorithm to describe the islanding process, during thermal treatment, of thin solid films synthesized by sol-gel process. This part highlight the previous study because we demonstrate the higher stability of interface (3) with regard to interfaces (1) and (2) on a rough susbtrate. Then we describe, through an analogous strategy, the formation of islands for thin solid films synthesized by PVD-CVD processes illustrated by the {Ge||Si} system. Finally, a physical model and a classical molecular dynamic algorithm are introduced to simulate the self-organisation process of micrometric diamond particules embedded in a liquid film dried horizontally on an substrate. The particles are submitted to lateral attractive capillary forces and friction forces with a substrate either at or indented. Experiments demonstrate a much more efficient aggregation on the rough parts of an indented substrate. The model demonstrates how critical are the friction forces in the interpretation of this phenomena.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (192 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-191

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  • Bibliothèque : Université de Limoges (Section Sciences et Techniques). Service Commun de la documentation.
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  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure de céramique industrielle. Bibliothèque.
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  • Cote : 85 LAL
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