Diffusion et séparation de phases dans des couches minces de silicates

par Jean-Thomas Fonné

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des Matériaux

Sous la direction de Emmanuelle Gouillart et de Damien Vandembroucq.

Soutenue le 02-10-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Surface du Verre et Interfaces / SVI (laboratoire) .

Le président du jury était Mathieu Roskosz.

Le jury était composé de Odile Majérus, Sophie Schuller.

Les rapporteurs étaient Dominique De Ligny, Lionel Montagne.


  • Résumé

    Ces travaux traitent de phénomènes diffusifs pouvant se dérouler à la surface de verres fonctionnalisés avec des couches minces de silicates lors de traitements thermiques. La gamme de température considérée s’étend de 550°C à 1050°C. Les échanges diffusifs entre le verre et l’empilement de couches minces conduisent souvent à une diminution des propriétés des couches actives. Les échanges entre un verre plat silico-sodocalcique et des couches minces de silice (pouvant être dopées alumine) se déroulent avec deux cinétiques distinctes. Une diffusion rapide des alcalins du verre vers la silice est observée dans un premier temps, conduisant ensuite à une homogénéisation plus lente entre le substrat et la couche, déclenchée par la diminution de la viscosité de la silice. Le paramètre clé contrôlant ces deux étapes est la quantité d’alumine présente dans la silice. En effet, la couche incorpore des alcalins sous forme de compensateur de charge et modificateur de réseau en quantités proportionnelles à la teneur en alumine. Plutôt que de les limiter, ces phénomènes diffusifs peuvent également être contrôlés pour obtenir par exemple de la séparation de phases dans ces géométries « couche mince ». Dans les couches de compositions SiO2-BaO-B2O3 étudiées, la morphologie après démixtion et la croissance des domaines sont pilotées d’une part par des paramètres similaires à ceux dans les verres massifs (température, composition, durée recuit, …) mais également par des énergies de surface qui deviennent non négligeables. La nucléation des phases dans ces systèmes confinés se fait alors préférentiellement en surface et l’épaisseur des couches à un impact direct sur la taille des domaines.

  • Titre traduit

    Diffusion and phase separation in silicate thin films


  • Résumé

    This work studies diffusive phenomena on glass surface functionalized with silicate thin films during thermal treatments. The temperature range extends from 550°C to 1050°C. In most cases diffusive phenomena between glass substrate and thin films stack can lead to a decrease of the properties of the active layers. Diffusive exchanges between a soda-lime flat glass and silica thin films (which can be doped with alumina), take place with two distinct kinetics. A fast migration of alkali ions from glass to silica is first observed, followed by a slow homogenization at the interface between the silica layer and the glass substrate due to the silica viscosity decrease. The key parameter which controls these two steps is the amount of aluminum in the silica layer. Indeed, the layer incorporates alkali ions in the form of charge compensator and network modifier in quantities depending linearly to the alumina content. Rather than limiting them systematically, these diffusive phenomena can also be controlled in order to obtain for example phase separation in these “thin film” geometries. For the silicate layers with SiO2-BaO-B2O3 compositions studied in this work, the morphology after phase separation and the kinetics of domains growth are influenced by similar parameters than in bulk glasses (such as temperature, composition, annealing duration, …) but also by surface energies which become non-negligible. In these confined systems, nucleation of phase separated domains occurs then preferentially at the interface with air and the thin film thickness influences directly the domains size.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.