The dynamics of interfaces : rheology of silica nanoparticle monolayers at the air-water interface and dendritic growth in multicomponent alloys

par Duyang Zang

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bingbo Wei et de Dominique Langevin.

Soutenue en 2009

à Paris 11 en cotutelle avec l'Université de Xian , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    La dynamique des interfaces : la rhéologie de silice nanoparticules monocouches à l'interface air-eau dendritiques et la croissance de multiples alliages


  • Résumé

    Cette thèse présente les deux sujets liés à la dynamique d'interfaces: la rhéologie des particules monocouches et de la croissance dendritique des alliages. Dans la première partie, chapitre1-6, les propriétés des monocouches de nanoparticules de silice à l’interface air-eau sont présentées et reliées à la stabilité des mousses faites avec les dispersions aqueuses de ces particules. Les propriétés des couches: évolution de texture, pression de surface, épaisseur, angle de contact des particules et concentration de surface sont caractérisées pour différentes hydrophobicités des particules. La viscoélasticité de compression des couches a été déterminée par trois méthodes basées sur l’utilisation de deux plaques de Wilhelmy dans des cuves Langmuir. Les différences remarquables entre les couches comprimées et les couches déposées ont été trouvés. Les modules présentent un maximum à l'hydrophobicité intermédiaire des particules et dépendent de la vitesse de déformation, de la quantité de particule initiale, de la longueur de la cuve et de l'âge de la couche. La viscoélasticité de cisaillement des couches a été également déterminée. Une analogie fréquence-gradient de vitesse a été trouvée comme chez d’autres solides mous tridimensionnels. La relaxation structurale s’effectue avec un temps de relaxation qui varie comme l’inverse du gradient de vitesse. Un comportement d'auto-guérison des fractures a été observé et lié à la relaxation structurale. Dans la deuxième partie, Chapitre 7, la croissance dendritique rapide d’alliages surfondus ternaires Ni-Co-Cu et quaternaires Ni-Co-Cu-Ge a été étudiée. La surfusion élevée est obtenue par lévitation électromagnétique et des méthodes de flux de verre. Les vitesses de croissance dendritiques ont été mesurées en fonction de la surfusion. Nous proposons une double fonction exponentielle pour décrire la relation entre la vitesse de croissance et la surfusion dans les alliages monophasiques. Un nouveau comportement a été observé : la vitesse de croissance des dendrites est abaissée en cas de séparation de phase et des mécanismes possibles sont proposés.


  • Résumé

    This dissertation presents two topics related to the dynamics of interfaces: rheology of particle monolayers and the dendritic growth of alloys. In the first part, chapter1-6, the properties of silica nanoparticle monolayers at the air-water surface is presented and related to foam stability. The properties of the layers: textural evolution, surface pressure, thickness, particle contact angle with interface and effective surface concentration are characterized with respect to different particle hydrophobicities. The viscoelasticity of the layers are determined by three methods based on two Wilhelmy plates in the Langmuir trough. Remarkable differences between compressed layers and deposited layers have been found. The moduli present the maximum at intermediate particle hydrophobicity and depend on strain rate, initial particle quantity, trough length and age of the layer. The same universal linear and nonlinear behaviour as three-dimensional soft materials is found by a shear rheological study. The structural relaxation has been observed and the corresponding relaxation time has been characterized by SRFS method. A self-healing behavior is observed and a microscopic mechanism is proposed to account for the slow self-healing. The results suggests that the same physical process may involved in self heal as in structural relaxation. In the second part, chapter7, rapid dendritic growth in undercooled liquid ternary Ni-Co-Cu and quarternary Ni-Co-Cu-Ge alloys has been investigated. The high undercooling is obtained by electromagnetic levitation and glass flux methods. The dendritic growth velocities are measured as a function of undercooling. We propose a double exponential function to describe the relationship between growth velocity and undercooling in single phase alloys. A novel behavior that the dendritic growth velocity is reduced by liquid phase separation is found and the possible mechanism is proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-142 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)145
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