L’effet d’une nanocristallisation partielle sur les propriétés de transport dans les composites amorphe/cristal

The effect of a partial nanocrystallization on the transport properties of amorphous/crystalline composites

• Auteur / Autrice : Amani Tlili
• Direction : Valentina Giordano, Anne Tanguy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière condensée
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Blandin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valentina Giordano, Anne Tanguy, Dominique Vouagner, Pierre-Olivier Chapuis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc de Boissieu, Giulio Monaco

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verre

Verres métalliques

Cristallisation

Cristaux phononiques

Mots clés libres

Verre

Transport

Phonon

Composite

Glass

Transport

Phonon

Composite

Résumé

Les besoins technologiques toujours grandissants dans la société moderne suscitent la nécessité de développer des matériaux multifonctionnels innovants. Ceci est vrai surtout dans des domaines de pointe, tels que la microélectronique et la conversion d'énergie, où on demande aux matériaux de limiter la dissipation de chaleur tout en ayant de bonnes propriétés électroniques.L'optimisation d'un tel type de matériaux est toutefois complexe: une forte réduction de la conductivité thermique se fait en général aux dépenses de la conductivité électrique. Une stratégie qui a été récemment introduite est de développer des matériaux hétérogènes à l'échelle nanométrique, dits « nanocomposites ». Malgré le potentiel dont ils ont déjà fait preuve, à ce jour la compréhension fondamentale de leurs propriétés reste encore limitée. Dans cette thèse nous présentons une étude fondamentale des propriétés de transport dans des composites basés sur une matrice amorphe contenant des inclusions cristallines de tailles nanométriques, afin d'acquérir une compréhension microscopique des mécanismes en jeu. Pour ce faire, nous avons effectué une étude expérimentale dans deux composites intermétalliques, un verre métallique et un verre chalcogénure, obtenus par cristallisation directe du verre. Nous avons pu mettre en évidence un comportement fortement dépendant du contraste de propriétés entre la matrice vitreuse et les inclusions cristallines. Nos conclusions ont trouvé confirmation dans des simulations numériques par dynamique moléculaire que nous avons effectué' sur des systèmes modèles, qui ont en effet permis de mettre en évidence l'effet d'un contraste de rigidité sur les propriétés vibrationnelles de ce type de composite

Face to the growing technological needs in the modern society, the need has arisen of developing novel multifunctional materials, able to simultaneously assure different functions.This is especially important in advanced technologies, such as microelectronics and energy harvesting, where heat dissipation reduction is essential, while keeping good electrical properties.Optimizing such materials represents however a challenging task: lowering thermal conductivity generally implies lowering the electrical conductivity as well. A new strategy has recently aroused consisting in exploiting heterogeneous materials at the nanoscale, so-called “nanocomposites”. Despite their great potential, the fundamental understanding of their properties is still lacking.In this thesis, we present a fundamental investigation of the transport properties in composites made of nano-inclusions embedded in an amorphous matrix, aimed to get a microscopic insight into the mechanisms ruling transport in such materials.To this purpose, we have carried on an experimental study in two intermetallic composites, based on a metallic glass and a chalcogenide glass, where crystalline inclusions were directly obtained from the glass temperature-induced recrystallization.We find that transport behavior is strongly dependent on the properties’ contrast between the amorphous matrix and the crystalline inclusions.Our findings are comforted by our theoretical results, obtained by molecular dynamics simulations on a model composite system, which highlight the effect of the rigidity contrast on the vibrational properties of such material, and thus on thermal transport