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

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

colloïdes, métaux, nanomatériaux, dépôt par laser pulsé, agrégats

Mots-clés

Dynamique moléculaire - Thèses et écrits académiques,

Cobalt - Thèses et écrits académiques,

Agrégats métalliques - Thèses et écrits académiques,

Lasers - Thèses et écrits académiques,

Atomes - Modèles mathématiques - Thèses et écrits académiques

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 diamètre 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.