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

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées),

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

couches minces, simulation numérique, sol-gel (procédé), nanomatériaux, dépôt sous vide, Monte-Carlo (méthode)

Mots-clés

Dépôt par laser pulsé - Thèses et écrits académiques,

CybernétiqueSystèmes auto-organisés -- Thèses et écrits académiques,

Sol-gel, Procédé - Thèses et écrits académiques,

Matière condenséeMatière condensée -- Thèses et écrits académiques,

Simulation par ordinateur - Thèses et écrits académiques,

Monte-Carlo, Méthode de - Thèses et écrits académiques,

Matériaux nanostructurésMatériaux nanostructurés -- Thèses et écrits académiques

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.