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Dissertations / Theses on the topic 'Nanoparticules – Propriétés mécaniques'
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Chevry, Loudjy. "Propriétés magnétiques et mécaniques d'agrégats nonostructurés : application à la microraeologie et à la biologie." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077100.
Full textAbstract:
La dialyse, sous champ magnetique constant, de nanoparticules d'oxyde de fer en présence de polymères de charge opposées, aboutit a la formation d'agrégats anisotropes unidimensionnels, les batonnets magnétiques. Ces nouvelles structures de forme allongée mesurent de 1 a 100 microns de longueur pour un diamètre d'environ 400 nanomètres. Cette thèse s'articule en deux parties. La première partie décrit l'étude des propriétes magnétiques de ces agrégats d'une part, et celle de leur rigidité, d'autre part. Après avoir rappelé les fondements du magnétisme dans la matière, nous montrons que les batonnets ont la propriété d'être superparamagnétiques c'est- a-dire qu'ils acquièrent un moment magnétique en présence d'un champ b, ce qui permet l'application d'une force ou d'un couple. Rapport à la rigidité de ces objets microscopiques, nous voyons ensuite comment la quantifier à partir de la déflection de batonnets fixés à un substrat en verre par une de leur extrêmité et soumis soit à un champ magnétique constant, soit à l'agitation thermique. La seconde partie est consacrée aux applications des batonnets en microrhéologie des fluides complexes et du milieu intracellulaire. Nous voyons comment les batonnets peuvent servir de sondes et permettre la mesure des paramètres viscoélastiques de fluides maxwelliens, à partir de leur diffusion rotationnelle ou de leur mouvement sous champ magnétique tournant. Nous voyons enfin comment ces expériences de microrheologie passive et active, réalisées dans le cytoplasme de fibroblastes, permettent d'en sonder les variations temporelles de viscosité et d'élasticitéDialysis, under a constant magnetic field, of iron oxide nanoparticles in presence of opposite charged polymers, results in the formation of one-dimensional anisotropic aggregates, called nanowires. These new structures of elongated shape are 1 to 100 microns in length with a diameter of about 400 nanometers. This thesis is divided into two parts. The first part describes the study of the magnetic properties of these aggregates on the one hand, and their rigidity on the other hand. After recalling the fundamentals of magnetism in materials, we show that the nanowires are superparamagnetic objects that is to say, they don't retain any significant amount of magnetization in the absence of an externally applied magnetic field, and thus do not form aggregates, but acquire a macroscopic magnetic moment when a magnetic field is applied, giving them an orientation toward the fielddirection. Then we see how to quantify their flexural rigidity from the deflection of rods attached to a glass substrate by one tip and subjected to a constant magnetic field, or to thermal agitation. The second part is devoted to applications of the nanowires in microrheology experiments of complex fluids and intracellular environment. We see how the rods may be used as probes and allow the measurement of fluid maxwellian viscoelastic parameters, from their rotational diffusion or their motion in a rotating magnetic field. Finally, we see how these passive and active microrheology experiments, produced in the cytoplasm of fibroblasts, allow to probe the temporal variations of viscosity and elasticity of cells
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Ollagnier, Arnaud. "Etude des propriétés mécaniques et de magnétorésistance géante de dépôts multicouches obtenus par électrodéposition." Saint-Etienne, EMSE, 2006. http://www.theses.fr/2006EMSE0020.
Full textAbstract:
Les dépôts multicouches sont largement utilisés industriellement depuis plusieurs années. Décoratifs ou véritables dépôts (multi)fonctionnels dans des domaines aussi variés que la mécanique (amélioration de l'endurance en fatigue, résistance à la corrosion, lubrification) ou l'opto-électronique (actuateurs), les raisons de leur emploi sont multiples : ils réduisent considérablement les coûts en matière tout en conservant la plupart des propriétés et proposent des alternatives intéressantes pour la miniaturisation. A des épaisseurs extrêmement faibles, l'apparition de propriétés exceptionnelles récemment démontrées comme le changement de réseau cristallin, le supermodule, la supraconductivité ou encore la magnétorésistance géante (GMR) tunnel ou d'anisotropie leur promet un champ d'applications potentielles étendu. L'ère de la "spintronique" (A. Fert, 1988) ouvre la voie à la fabrication de dispositifs magnétiques d'enregistrement et de lecture plus performants et plus rapides. Les travaux de recherches menés dans le cadre de la thèse sont consacrés à l’élaboration de ces nouveaux matériaux par voie électrochimique (électrodéposition en milieu aqueux) et à l'étude des propriétés mécaniques et magnétiques des nanomatériaux obtenus. Ces nouveaux matériaux sont élaborés à partir d'une méthode électrolytique de préparation originale pour ce qui concerne l’utilisation du chrome: la technique du bain unique ("single bath technique" SBT). Une solution aqueuse contenant du chrome (métal peu noble) trivalent complexé en forte concentration et du sulfate de cobalt (métal noble) en concentration modérée a permis, en faisant varier significativement la polarisation cathodique en mode potentiostatique, d'obtenir des nanomatériaux lamellaires originaux. Cette méthode rend également possible l’obtention "d’alliages Cr-Co", les co-dépôts en résultant présentant une structure inédite. Dans la perspective du développement durable, ce procédé simple, de coût et d’impact sur l’environnement (substitution du chrome hexavalent par le chrome trivalent) réduits, pourrait être une alternative séduisante aux méthodes de préparation coûteuses et contraignantes employées à l'heure actuelle (CVD, pulvérisation cathodique ou évaporation thermique pour les multicouches, fusion pour les alliages)Multilayered deposits are industrially employed since many years. Whereas they are used for decorative plating or as (multi)functional deposits, they are ever used in various domains such as mechanics (corrosion resistance, auto-lubrication) or optoelectronics (actuators). They are widely used for many reasons: they lower considerably matter costs, keeping most of bulk materials properties in the meantime, and they are interesting alternatives for miniaturization. It has recently been discovered that when the thickness become extremely weak, new properties may appear, such as change in the crystallization network, supermodulus, superconductivity or even giant, tunnelling or anisotropic magnetoresistance (GMR, TMR and AMR). Such properties appear as opportunities for new applications areas, for example in microelectronics manufacturing. More efficient and high-speed magnetic reading and storing devices have been realized since the advent of "Spintronics" (A. Fert, 1988). This research work aims to prepare these new nanomaterials by means of electrochemical method (electrodeposition in aqueous media) and to study their magnetic and mechanical properties. They were successfully elaborated with the single bath technique (SBT). It is an original electrochemical method related to the behaviour of chromium: an aqueous solution containing high concentration of trivalent chromium (non precious metal) and moderated concentration of cobalt sulphate (precious metal) has made it possible to obtain these original lamellar materials while varying the cathodic potential in a significant manner in the potentiostatic mode. This method also permitted to realize Cr-Co alloys presenting a new structure. Regarding to increasing safety and sustainable development policy, this user- and environment-friendly (toxic hexavalent chromium is substituted by trivalent chromium), low-cost process should be an advantageous alternative to constraining preparation methods (CVD, sputtering or evaporation for multilayers, metallurgical casts for alloys) currently used
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Ibanès, Cécile. "Relations structure-propriétés mécaniques de fibres de polyamide 6 renforcées de nanoparticules organiques ou minérales." Lyon, INSA, 2003. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2003ISAL0052/these.pdf.
Full textAbstract:
Les fibres polyamide ont de nombreuses applications en relation avec leurs bonnes propriétés mécaniques. Une voie d’amélioration de ces propriétés est l’ajout de nanocharges qui sont ici de deux types: soit organiques, sous forme de molécules hyperbranchées de terminaisons –NH2, soit inorganiques, sous forme de plaquettes naturelles de montmorillonite ou de plaquettes synthétiques. Les propriétés mécaniques, étudiées par des essais de traction, montrent que les charges organiques augmentent notablement le module élastique. Les fibres de polyamide sont filées à partir de l’état fondu puis étirées à l’état solide. Elles présentent une morphologie qualifiée de fibrillaire. Les structures cristallines et fibrillaires sont caractérisées par diffusion et diffraction des rayons X. L’ajout de nanocharges modifie ces structures au filage. Les essais de diffusion - diffraction X in-situ réalisés à l’ESRF, montrent les différents modes de déformation des fibrilles. Une modélisation mécanique simple a permis de calculer les modules élastiques de la phase amorphe interfibrillaire, et intrafibrillaire. Les modules de la phase intrafibrillaire ne dépendent que du taux d’étirage, par contre, les modules de la phase interfibrillaire augmentent en présence des charges hyperbranchées. Etant données leurs tailles, les nanocharges sont rejetées dans la phase interfibrillaire et ont soit un rôle de nœud de réticulation physique pour les charges organiques hyperbranchées, soit modifient l’enchevêtrement des chaînes pour les charges minéralesIn this study, polymeric multifunctional systems of polyamide nature or mineral nanofillers (MMT) are added to PA6 to improve the mechanical properties of spun - drawn fibers. Stiffness is notably increased at equivalent residual strain at break for PA6 filled with highly branched molecules. X-ray scattering study of the structure changes brought about by the particles is reported in comparison with neat PA6 yarns, together with an in situ investigation of the structural changes involved by drawing. From the size of the particles and the well-known fibrillar structure of polyamide fibers, it is concluded that the particles are occluded in the inter-fibrillar amorphous phase. Globular particules should thus play the role of interfibrillar anchoring points thanks to the hydrogen bonds that can be established between neighbouring microfibrils. Mineral fillers reduce overlapping the PA6 coils in the MMT-PA6 spun fibers and display a lower entanglement density
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Fellah, Farid. "Microstructure et propriétés magnétiques et mécaniques du cobalt nanostructuré consolidé à partir de nanoparticules synthétisées par chimie douce." Paris 13, 2009. http://www.theses.fr/2009PA132019.
Full textAbstract:
De récentes études ont mis en évidence une évolution des propriétés chimiques et physiques avec la nanostructuration des matériaux. Ce travail de thèse aborde l'étude des propriétés physiques du cobalt nanostructuré au sens large. Pour cela, nous avons adopté une approche « bottom up » combinant la synthèse de nanoparticules au moyen du procédé polyol et deux techniques de compaction des poudres que sont la Compaction Isostatique à Chaud et le Frittage Flash. La synthèse nous a permis d'élaborer deux types de particules de 50 et 240 nm, de structure cubique face centrée (cfc). La consolidation de ces particules a aboutit à des matériaux biphasés : cfc et hexagonal compacte (hc). On observe la croissance de cette dernière avec la densité du matériau. Au niveau microstructural, la taille moyenne des grains varie entre 235 et 340 nm selon les cycles de compaction. On remarque que les grains sont d'autant plus marqués par la présence de lamelles, correspondant à une alternance des phases cfc et hc, que la densité est élevée. Cette sous-structuration ne semble pas contribuer à l'évolution des propriétés magnétiques au contraire des propriétés mécaniques. Les champs coercitifs mesurés, caractéristiques des matériaux magnétiques doux, montrent une évolution en fonction de la taille des grains et restent toutefois bien plus élevés que les matériaux amorphes. La résistance mécanique du cobalt nanostructuré, pouvant atteindre 1200 MPa, est en revanche bien plus élevée et montre une dépendance en fonction de la densité lamellaire. De plus la ductilité quasi-inexistante dans les matériaux nanocristallins, reste conséquente dans les matériaux élaborés au cours de ce travail de thèseNanostructured materials exhibit physical and mechanical properties significantly different from the corresponding bulk part. In this context, this work is a study of magnetic and mechanical properties of cobalt nanostructured materials. A bottom up approach, combining polyol process and either Hot Isostatic Pressing or Spark Plasma Sintering, was chosen to elaborate nanostructured materials. First, the synthesis of particles resulted in 50 and 240 mn cobalt nanoparticles with a faced centered cubic structure (fcc). Secondly, the consolidation gave mixture of fcc and hexagonal closed packed (hcp) materials with mean grains sized varying from 235 to 340 nm. Grains materials are observed to be subdivided by a lamellar structure corresponding to the fcc and hcp phases. The growth substructure seems to be dependant of the material density. Magnetic properties show an evolution with the grains size whereas mechanical properties show lamellar density dependence. In one hand we measured coercive fields characteristic of soft magnetic materials but still higher than amorphous materials. And in another hand, mechanical stresses reach 1200 MPa which are obviously better than amorphous materials. More over, the elongation to failure is still in a good range compared to nanocrystalline materials
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Bernard, Charlotte. "Propriétés mécaniques des nanotubes de carbone en tant que nanosondes et leur fonctionnalisation par bio-nanoparticules." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00250046.
Full textAbstract:
La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches privilégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples feuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulation de fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le biais d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méthode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.
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Bernard, Charlotte. "Propriétés mécaniques des nanotubes de carbone en tant que nanosondes et leurs fonctionnalisation par bio-nanoparticules." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13455.
Full textAbstract:
La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches priviliégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples fuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulationde fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le bias d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méhode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.
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Duhamel, Cécilie. "Cuivre nanostructuré et nanopoudres de cuivre dopé avec de l'argent pour l'étude du comportement thermo-mécanique." Paris 12, 2005. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990002316120204611&vid=upec.
Full textAbstract:
A température ambiante, le cuivre métallique massif nanostructuré présente un comportement de type élasto-plastique quasi-parfait. Afin d'approfondir les connaissances sur la déformation plastique de ce matériau, nous en avons étudié les propriétés thermo-mécaniques par des essais de relaxation à température ambiante. Deux paramètres sont mesurés à partir de ces essais : une sensibilité à la vitesse maximale élevée (m = 0,17), qui permet de prévoir qualitativement une ductilité proche de 100%, des volumes d'activation apparents faibles (10 à 50 b3), qui révèlent un mécanisme de déformation reposant sur l'interaction dislocation - joint de grains. Par ailleurs, l'élaboration par métallurgie des poudres, de cuivre massif nanostructuré dont les joints de grians sont décorés avec de l'argent, a été entreprise afin de suivre l'évolution du comportement mécanique avec la chimie des joints de grainsAt room temperature, metallic nanomaterials reveal a near-perfect elasto-plastic behavior. To have a better understanding of the plastic deformation of nanomaterials, the thermo-mechanical behavior of bulk nanostructured copper was studied by strain-rate jump tests under moderate temperatures and by relaxation tests at room temperature. Two parameters are measured from those tests : a high strain-rate sensitivity (m = 0,17) frim which a ductility close to 100% can be predicted and low apparent acitvation volumes (10 to 50 b3) revealing a rate-controlling mechanism based on dislocations interacting with grain boundaries. Besides, modification of grain boundaries structure due to silver segregation could be of particular interest for the study of mechanical properties. The preparation of bulk nanostructured copper doped with silver atoms by powder metallurgy was thus investigated
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Maillé, Laurence. "Elaboration par pulvérisation cathodique réactive RF de multicouches nanométriques. Corrélation entre la structure, la microstructure et les propriétés mécaniques." Evry-Val d'Essonne, 2003. http://www.theses.fr/2003EVRY0011.
Full textAbstract:
Les résultats présentés dans ce mémoire concernent l'élaboration par pulvérisation cathodique réactive RF de couches minces d'épaisseur nanométrique, ainsi que l'étude de leurs propriétés structurales, microstructurales et mécaniques. L'optimisation des paramètres de dépôt (pression d'argon, puissance de pulvérisation, et pression partielle de gaz réactif dans l'enceinte) des monocouches W, W-O, W-N a permis l'élaboration de multicouches nanométriques des systèmes W-O/W et W-N/W. Les propriétés mécaniques de ces multicouches ont été corrélées à leur microstructure. Divers types de comportements mécaniques sont observés : - Un modèle de Hall-Petch est observé pour les multicouches W-N/W élaborées avec une pression partielle d'azote de 50 %, - La dureté des multicouches W-N/W et W-O/W élaborées avec une pression partielle d'azote ou d'oxygène de 10 % n'est pas fonction de l'épaisseur de la période et est respectivement soit supérieure soit inférieure à la loi de mélangeThe aim of this work consists to performed by reactive sputtering RF nanomaterials : W, W-O, W-N single layers, W-O/W and W-N/W multilayers in order to study the microstructure, the structure and the mechanical properties of these thin films. A study of the growth of the single layers has been necessary to performed the multilayers. Various multilayer mechanical behaviors are obtained: - A Hall-Petch rule is observed for W-N/W multilayer performed with 50 % of nitrogen partial pressure. - For multilayer W-N/W and W-O/W performed with 10 % of nitrogen or oxygen partial pressure, there is no influence of the period thickness on the hardness values and these measurements are higher or lower than the law of mixture
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Laanaiya, Majdouline. "Amélioration des propriétés du ciment par insertion des nanoparticules nano-Fe2O3." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I007.
Full textAbstract:
La nanotechnologie ouvre la voie au développement de nouvelles générations de matériaux cimentaires grâce à l’ajout de nanomatériaux (nanofibres, nanotubes et nanoparticules) leur conférant une haute performance et des fonctionnalités nouvelles, permettant ainsi la synthèse de matériaux de construction intelligents et durables. L'hybridation des phases de ciment hydraté par incorporation des nanomatériaux dans une approche ascendante permet la manipulation des caractéristiques structurales du ciment à l'échelle nanométrique affectant ultimement la performance et les propriétés de durabilité à l'échelle macro. En particulier, il a été démontré que l'ajout de nanoparticules Fe2O3 confère aux matériaux cimentaires des propriétés intrinsèques d' « auto-détection » des déformations et des contraintes mécaniques. Dans ce contexte, cette thèse présente une étude à l'échelle atomique du Silicate-Calcium-Hydraté (C-S-H), le principal agent liant du béton, nano-modifié par insertion des nanoparticules Fe2O3. Afin de comprendre le comportement des phases principales du ciment Portland (alite et belite) qui réagissent avec l'eau pour former le C-S-H, on s’est basé sur des méthodes du primer principe (ab intio) pour déterminer les propriétés structurales, mécaniques et électroniques ainsi que les sites réactifs de l'alite et la belite. Ensuite, la structure du C-S-H a fait l’objet d’une analyse approfondie à l'échelle atomique en utilisant les techniques de la dynamique moléculaire avant de procéder à l’insertion des nanoparticules Fe2O3. Différents modes d'insertion de nanoparticules ont été considérés afin d'élucider l’impact de la distribution des nanoparticules sur la réponse mécanique du composite hybride Fe2O3 / C-S-H. La structure avec des nanoparticules «bien dispersées» présente une performance mécanique exceptionnelle dans les régimes élastique et plastique. En effet, les propriétés mécaniques ont été améliorées avec une augmentation de plus de 24% par rapport au C-S-H pur. En outre, l '«effet de groupe» des nanoparticules insérées donne lieu à une ductilité remarquable et une grande résistance à la propagation des fissures en réponse aux efforts de traction. Le phénomène de rétrécissement et du durcissement structurel ont été observés en réponse aux chargements, indiquant un mode de rupture ductile du C-S-H renforcé par les nano- Fe2O3. Enfin, ce travail révèle l’immense potentiel des nanoparticules Fe2O3 à développer des matériaux cimentaires à haute performance avec des propriétés mécaniques supérieures et des capacités de détection autonome des déformations/fissurationsNano-engineering of cement through adding nanosized particles such as nanofibers, nanotubes and nanoparticles offers a great potential for developing new generations of cement based materials with ultra-high performance, superior strength and novel functionalities for smart and durable structural materials. The hybridization of hydrated cement phases by incorporating nano-structured materials in a bottom-up approach allows the manipulation of structural features of cement at the nano-scale that ultimately affect the performance and durability properties at the macro-scale. In particular, the addition of Fe2O3 nanoparticles have been shown to provide cement based materials with intrinsic self-sensing properties. The thesis presents an atomic scale study of nano-modified Calcium-Silicate-Hydrate (C-S-H), the primary binding material in cement based materials, by embedding Fe2O3 nanoparticles. In order to get more insights into the Portland cement main phases (alite and belite) that react with water to form C-S-H, ab initio calculations were performed to investigate the structural, mechanical and electronic properties along with the reactive sites of alite and belite. After examining the C-S-H structure at the atomic scale using molecular dynamics methods, Fe2O3 nanoparticles were inserted and the resulting hybrid material was studied. Different insertion modes of nanoparticles inside the C-S-H matrix were considered in order to elucidate how nanoparticles distribution affects the mechanical response of the hybrid composite Fe2O3/C-S-H. The structure with “well-dispersed” nanoparticles exhibits enhanced mechanical performance in both elastic and plastic regimes. Mechanical properties were enhanced with at least 24% increase compared to pure C-S-H. In addition, the “group effect” of inserted nanoparticles gives rise to a remarkable ductility and great resistance to the crack propagation in response to tensile loading. The necking phenomenon and structural hardening were both observed in response to tensile loading, indicating a ductile failure mode of Fe2O3-reinforced C-S-H. Ultimately, this work reveals the striking potential of Fe2O3 nanoparticles for developing high performance cement based materials with superior mechanical properties and self-sensing abilities
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Mrabti, Abdelali. "Propriétés opto-mécaniques dans des matériaux nanostructurés : couplage plasmons-phonons." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10201.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse porte essentiellement sur l’étude du couplage élasto-plasmonique dans des systèmes périodiques nanostructurés. Cette interaction plasmon/phonon est étudiée dans un premier temps sur un nanofil métallique inséré dans une cavité d’un cristal bidimensionnel, consistant en un réseau de trous d’air percés dans une matrice diélectrique. Le second système analysé est un cristal à résonances locales composé d'une membrane diélectrique non absorbante, sur laquelle nous avons déposé un réseau carré de nanocylindres d'or. L'intérêt d'étudier ce système résulte du fait qu'il supporte des phonons bien localisés au niveau des nanocylindres, ce qui est une condition nécessaire pour un couplage efficace avec les modes plasmoniques. Le troisième système examiné est également un cristal à résonances locales, composé d’un réseau de nanocylindres métalliques en interaction avec un film métallique par l'intermédiaire d'un film ultra-mince de silice. L’intérêt d’étudier cette dernière structure est double : d’une part, les plasmons deviennent sensibles, par leur forte localisation, à des petites déformations du film ; d’autre part, ce système supporte des phonons bien localisés ce qui permet d’obtenir une amplification locale des vibrations à partir d’une source acoustique. En fin, il s’agit d’une cavité duale pour les phonons et les plasmons. Pour les trois systèmes étudiés dans cette thèse, nous avons montré qu’une vibration mécanique peut moduler au cours de sa période acoustique, la longueur d’onde de résonance des modes plasmoniques supportés par la structureThis thesis is focused on the elastoplasmonic coupling in periodic nanostructured systems. This interaction plasmon/phonon has been studied first for a metal nanowire inserted into a cavity of a two-dimensional crystal, consisting in a periodic array of holes in a dielectric matrix. The second investigated system is a crystal with sustaining local resonances. The crystal is formed by a square array of gold nanocylindres deposited on a non-absorbing dielectric membrane. The interest of such a system is that it can support phonon modes localized in the nanocylindre enabling thus an efficient coupling with plasmon modes. The third system is a crystal constituted by a metal nanoparticles array coupled to a metal film via an ultra thin dielectric spacer (silica). The motivation behind such a study is twofold: first, plasmon modes are sensitive to small local deformations due to their strong confinement; second such a system supports many localized phonons that can provide a local amplification of vibrations. It is then a dual cavity for phonon and plasmon modes. For the three systems studied in this thesis, we have shown that mechanical vibrations can modulate during an acoustic period the wavelength of the plasmon resonance modes supported by the structure
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Tamborini, Elisa. "Métallurgie colloïdale : structure et propriétés mécaniques d'un système colloïdal modèle comme un analogue de polycristaux atomiques." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20099/document.
Full textAbstract:
La plupart des solides dans la vie quotidienne, tels que les métaux et les céramiques, sont des systèmes cristallins dans lesquels les atomes ou molécules sont arrangés sur une structure périodique. Les solides cristallins sont rarement composés d'un cristal unique, mais sont en général des systèmes polycristallins formés par un grand nombre de grains cristallins avec une même structure cristalline, mais différente orientation. On appelle joints de grain (JG) les réseaux 2D de défauts qui séparent deux grains d'orientation différente. Les polycristaux jouent un rôle important en science et technologie et une connaissance complète de leurs propriétés mécaniques est de grand intérêt. La plasticité des polycristaux est liée à leur microstructure, mais les mécanismes qui régissent leur comportement plastique sont encore mal compris, en partie du fait de limitations techniques pour les systèmes atomiques. D'autre part, les colloïdes, dont l'étude expérimentale est souvent plus aisée que celle des systèmes atomiques, du fait de temps et taille caractéristiques plus grands, sont souvent considérés comme des systèmes modèles pour les atomes. L'objectif de la thèse est l'étude des propriétés mécaniques d'un polycristal colloïdal formé par une suspension aqueuse d'un copolymère tribloc commercial (Pluronic F108), dopé par une faible quantité de nanoparticules (NPs). Le polymère présente une phase micellaire cristalline pour une gamme de température et de concentration. De manière similaire à ce qui est fait couramment pour les systèmes atomiques, on peut contrôler le taux de cristallisation en faisant varier la vitesse à laquelle l'échantillon est porté de la phase liquide à basse température (T ~ 0°C) à la phase micellaire cristalline à température ambiante. Une caractéristique importante est que la taille des grains peut être facilement contrôlée en faisant varier la vitesse d'augmentation de la température ou la concentration en NPs. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la structure du polycristal par diffusion de neutrons (SANS) et de lumière. Les mesures par SANS ont permis de sonder la structure du polycristal à l'échelle du nanomètre, i.e. sur des échelles de longueur comparable à celle des micelles et des NPs. Nous avons constaté que la structure cristalline micellaire est conservée indépendamment de l'histoire thermique de l'échantillon et de la concentration en NPs. De plus, nous avons montré que la distribution des NPs dans l'échantillon est hétérogène: les grains sont pauvres en NPs alors que les JG sont enrichies en NPs. Par conséquent, les NPs ségrégent dans les JG et et jouent un rôle analogue aux impuretés dans les cristaux atomiques. En outre, en raison de leur ségrégation, les NPs sont structurées sur une échelle de longueur beaucoup plus grande que leur taille. Nous avons étudié la structure mésoscopique des NPs par diffusion statique de la lumière, grâce à un appareil de diffusion de la lumière (MALS) spécialement construit pour accéder à la plage correcte de vecteurs d'onde. D'autre part, afin d'étudier les propriétés mécaniques des polycristaux, des mesures de diffusion dynamique de la lumière ont été réalisée dans la configuration MALS sur un échantillon soumis à des déformations de cisaillement cycliques. Dans la configuration MALS, l'intensité diffusée étant dominée par les NPs dans les JG, la technique permet de sonder la dynamique du réseau de JG induite par le cisaillement. Expérimentalement, on calcule la corrélation de l'intensité diffusée mesurée après un nombre donné de cycles de déformation. Les données montrent systématiquement une décroissance de la corrélation après un nombre caractéristique de cycles, démontrant ainsi l'existence de plasticité dans les échantillons. À l'avenir, des échantillons avec des tailles de grain différentes seront étudiés. De telles expériences pourraient faire la lumière sur les liens entre plasticité d'un polycristal colloïdal et microstructureMost everyday life solids, such as metals and ceramics, are crystalline systems in which atoms or molecules are arranged in a regular periodic structure. Crystalline solids are rarely composed of one single crystal, but are usually polycrystalline systems made of a large number of crystalline regions (grains), which share a common crystal structure, but with different lattice orientations. The interfaces where crystallites meet are denoted as grain boundaries (GBs). Polycrystalline materials play an important role in science and technology and a complete knowledge of their mechanical properties, including their elasticity and plasticity, is of great interest. It is well known that the plasticity of polycrystals is related to their microstructure, but the mechanism governing the plastic behavior is still poorly understood, partly because of the limits of experimental techniques and simulations for atomic polycrystals. On the other hand, colloids are often regarded as model systems for atoms, since many of the forces governing the behavior of condensed matter govern also that of colloidal suspensions, whose experimental study is often easier than that of atomic systems because of the larger characteristic time- and length-scales. In particular, colloidal crystalline systems can be used to investigate mechanical properties of polycrystals. The aim of the PhD thesis is the investigation of the mechanical properties of a colloidal polycristal formed by an aqueous suspension of a commercial triblock copolymer called Pluronic F108, doped with a small amount of nanoparticles (NPs). The polymer presents a micellar crystalline phase for a given range of temperature and concentration. Similarly to what is commonly done for atomic systems, we can control the crystallization rate by varying the speed at which the sample is brought from the fluid, at low temperature (T ~ 0°C), to the crystal phase at room temperature. An important characteristic of our system is that the grain size can be easily tuned by changing the temperature rate or the nanoparticles concentration. We have first characterized the structure of the Pluronic polycrystal using neutron (SANS) and light scattering. The SANS measurements have permitted to investigate the (doped) Pluronic polycrystal at nanometer length scale, i.e. at the length scale of the micelles and nanoparticles. We have found that the micellar crystal structure is preserved independently of the thermal history of the sample and the amount of added nanoparticles. Moreover, we have shown that the NPs distribution into the sample is heterogeneous: grains are poor in NPs whereas GBs are enriched in NPs. Hence, NPs segregate into the GBs as impurities in atomic crystals. In addition, because of their segregation in the GBs, NPs form structures on a length scale much larger than their size, that we have investigated with static light scattering, thanks to a novel light scattering apparatus (MALS) specifically built to access the correct range of wave-vectors. On the other hand, in order to investigate the mechanical properties of the Pluronic crystal, dynamic light scattering measurements have been performed with the MALS setup on the Pluronic polycrystal submitted to cyclic shear deformations. Since, in the range of wave-vectors covered by the MALS apparatus, the scattered intensity is dominated by the NPs segregated in the GBs, the techniques allows the shear-induced dynamics of the GB network to be probed. Experimentally, one computes the correlation of the scattered intensity measured after a given number of shear deformation cycles. Data systematically show that the correlation decays after a characteristic number of cycles, demonstrating the existence of plasticity. In future, samples with different grain size will be investigated with this technique. Such experiments could shed light on how the plasticity of a colloidal polycrystal is related to its polycrystalline microstructure
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Zaarour, Lama. "Fabrication thermoactivée de nanoparticules hybrides : vers l'imagerie photo-thermique à l'échelle nanométrique." Thesis, Troyes, 2014. http://www.theses.fr/2014TROY0008/document.
Full textAbstract:
De nos jours, le domaine de la thermoplasmonique subit un développement très rapide. Ce domaine est basé sur l’amplification de la lumière absorbée par la nanoparticule métallique qui la transforme en une nanosource thermique optiquement activée. Un des défis qu’il faudra relever en thermoplasmonique est la manipulation et la valorisation de l’énergie thermique à petite échelle. De nouvelles techniques optiques permettent d’étudier les phénomènes thermiques liés aux nanoparticules plasmoniques. Ces techniques permettent de caractériser la distribution de température autour de nanoparticules métalliques avec néanmoins une résolution spatiale limitée par la diffraction. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche d’imagerie moléculaire, basée sur la nanopolymérisation amorcée thermiquement, pour caractériser le profil de chaleur au voisinage d’une nanoparticule métallique unique photo-excitée. Cette approche repose sur une formulation thermo-polymérisable caractérisée par une température seuil Ts qui est la température à partir de laquelle aura lieu la réaction de polymérisation. Nous développons ainsi des formulations présentant des Ts différentes. Après l’irradiation de la nanoparticule couverte par la solution thermo-polymérisable, la coquille de polymère créée est l’empreinte des zones où la photoconversion a induit une température supérieure à Ts. Nous démontrons la capacité de cette méthode à cartographier le champ thermique induit autour de la nanoparticule avec une résolution de l’ordre de dizaine de nanomètres (mieux que 35 nm)Nowadays, the thermoplasmonic field undergoes a very interesting applications development thanks to the amplification of the light absorbed by the metal nanoparticle, which makes it an ideal nanosource of heat controlled by light. Because of this applications development, one of the challenges is to control and manipulate the thermal energy on a small scale.New optical techniques are dedicated to studying the thermal phenomenon induced by plasmonic nanoparticles. These techniques show different capacities to quantify and characterize the heat generated and the temperature distribution around nanoparticles. But the spatial resolution achieved is still limited by diffraction.In this thesis, we present a new molecular imaging approach, which is based on the nanopolymerization reaction thermally induced to characterize the heat profile in the vicinity of a single photoexcited nanoparticle. This approach is based on a thermo-polymerizable formulation with specific temperature threshold Tth (the temperature required to induce polymerization reaction). We develop formulations with different Tth. After irradiation of the nanoparticle covered by the thermo-polymerizable solution, the polymer shell created is the impression of areas where the photoconversion induced a temperature higher than Tth. We demonstrate the ability of this method to map the thermal field induced around the nanoparticle with a resolution better than 35 nm
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Chemin, Nicolas. "Propriétés mécaniques de films hybrides nanocomposites : étude du rôle des interfaces sur le système PHEMA-Silice-Nanoparticules d'oxyde de fer." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066584.
Full textAbstract:
Ce travail concerne l’étude des relations structure-propriétés mécaniques sur deux systèmes hybrides nanocomposites constitués d’une matrice hôte, pouvant être purement organique poly(hydroxyéthyl méthacrylate) (PHEMA) ou hybride organique-inorganique PHEMA-Silice, incorporant des nanoparticules particules d’oxyde de fer de tailles et de morphologies différentes. L’étude des propriétés mécaniques par nanoindentation, incluant le caractère visco-élastique et le caractère visco-plastique des films a permis de mettre en évidence les rôles prépondérants des interfaces entre les particules et la matrice et de la microstructure des films (dispersion et organisation des particules et porosité essentiellement). Pour cela des méthodes de caractérisation (par diffusion des rayons X aux petits angles, microscopie électronique, ellipsométrie et spectroscopie infrarouge) ont été développées pour caractériser spécifiquement les propriétés structurales des films.
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Rault, François. "Mise en oeuvre et propriétés mécaniques, thermiques et de tenue au feu de filaments à base de polypropylène chargé en nanoparticules." Valenciennes, 2008. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/fdf2aa0d-1453-4fee-8b94-d1e493d57372.
Full textAbstract:
Le textile français est une industrie très concurrencée où les différents acteurs cherchent à se démarquer en améliorant ou en apportant de nouvelles propriétés à leurs produits. Le coût restant une préoccupation majeure, le PP, polymère présentant un compromis coût / propriété intéressant, est donc largement utilisé. Différentes voies existent alors pour le fonctionnaliser. L’une d’elle consiste à lui adjoindre des charges. Toutefois, la taille et le taux de particules communément ajoutés pour atteindre des propriétés satisfaisantes provoquent des difficultés de mise en œuvre lors de l’étape de filage en voie fondue. De par leurs caractéristiques (taille et quantité nécessaire), les nanoparticules offrent une alternative intéressante à explorer. Des mélanges PP / Argile ont été préparés avec une extrudeuse bi-vis avant d’être filés. Une forte diminution des propriétés d’allongement des filaments en présence d’argile, imputable sans doute à sa faible délamination, nous à amener à envisager la réalisation de mélanges ternaires (PP / PA6 / Argile). La morphologie spécifique de tels mélanges a toutefois rendu impossible leur mise en œuvre sous forme de filaments pour un taux de charge supérieur à 1%. Des filaments de PP chargé en argile et en graphite ainsi que des filaments de PP chargé en nanoparticules à base de manganèse ont également été produits pour évaluer leurs propriétés thermiques et mécaniques. Toutes les nanocharges testées ont entraîné une amélioration de la stabilité thermique du PP sous air. Pour finir, les filaments réalisés ont été utilisés pour produire des étoffes maillées, dont les propriétés feu ont été étudiées à l’aide d’un calorimètre à côneThe french textile industry meets stiff competition. The firms try to differentiate themselves by improving or adding new properties to their products. The cost remaining a major concern, PP, polymer with an interesting compromise cost / ownership, is therefore widely used. Different ways exist to functionalize this polymer. One of them is to add fillers. However, the size and rate of particles commonly added to achieve satisfactory properties cause difficulties during the melt spinning process. Due to their characteristics (size and filler rate), nanoparticles offer an interesting alternative to explore. Blends PP / Clay were prepared with a twin-screw extruder before being spun. A strong decrease in the elongation properties of filaments in the presence of clay, probably due to its low exfoliation, brings us to consider the preparation of ternary blends (PP / PA-6 / Clay). However, it was not possible to spin these blends for a filler rate higher than 1 wt% due to their specific morphologies. Filaments of PP filled with clay and graphite and filaments of PP filled with based manganese nanoparticles have also been produced to assess their mechanical and thermal properties. Under air, thermal stability of PP has been improved with all tested fillers. And finally, the filaments made were used to produce knitted fabrics, whose fire properties have been studied with a cone calorimeter
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Baudino, Olivier. "Frittage photonique de lignes imprimées à base de nanoparticules : optimisation des propriétés électriques et mécaniques pour l’interconnexion de circuits intégrés sur substrats flexibles." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2015. http://www.theses.fr/2015EMSE0804/document.
Full textAbstract:
Le recuit photonique est une technologie émergente basée sur la conversion instantanée del’énergie lumineuse absorbée par les nanoparticules (NPs) en chaleur. Dans ces travaux, il estdéployé sur des pistes d’interconnexions imprimées sur support souple par jet de matière, àpartir d’une encre de NPs d’argent (Ø=25nm).Une étude des paramètres du procédé a permis d’établir le lien entre ces derniers (énergie,fréquence) et la résistance carrée (120m!/ ) induite. Celui-ci a été confirmé grâce à unemodélisation thermique multicouches et au développement d’une instrumentation inéditemesurant, toutes les 4μs, les variations de la résistance pendant le recuit photonique (quelquesms). La stabilisation de la résistance corrélée avec les propriétés optiques du film est optimalepour une exposition de 2-3J/cm² induisant un échauffement à environ 200°C.L’analyse de la microstructure des films par diffraction des rayons X met en évidence le lienentre la croissance des cristallites et la résorption des défauts. La minimisation de la résistanceélectrique est corrélée à la croissance du collet entre les nanoparticules par diffusion atomiquede surface. De plus, une meilleure cohésion des NPs améliore la dureté par rapport au recuit àl’étuve.La résistance électrique de contact (200m!) entre les plots d’interconnexion d’une puce ensilicium et les pistes imprimées a été mesurée grâce à un montage dédié de mesure électriqueau nano-indendeur. Les forces à appliquer (300mN par bump)Photonic sintering is an emerging technology based on the instantaneous conversion ofabsorbed light energy by nanoparticles (NPs) into heat. In this work, it is used oninterconnections printed on flexible substrates by inkjet printing of a metal silver nanoinkwith particle mean diameter of Ø=25nm.A process parameters study has allowed us to link them (energy, frequency) with theinduced sheet resistance (120m!/ ). This has been confirmed through thermal modeling ofthe multilayer system, and also by monitoring the resistance variations in-situ duringphotonic sintering (a few ms) using an innovative characterization tool, allowingmeasurements every 4 μs. The electrical resistance stabilization correlated with the opticalproperties of the film was found to be optimal for an exposition of 2-3J/cm², whichcorresponds to heating up to approximately 200°C.Films microstructure analysis with X-ray diffraction enlightens the link between crystallitescoarsening and defaults density reduction. The minimization of electrical resistivity iscorrelated with neck growth between nanoparticles trigged by surface atomic diffusion.Moreover, a stronger cohesion between NPs improves the mechanical hardness compared toclassical oven curing.The electrical contact resistance (200m!) between a silicon chip interconnection bumpand printed tracks is measured thanks to an in-house setting for electrical measurement withthe nanoindenter. The level of forces to apply (300mN per bump) is optimized and transferredto a thermocompression by industrial equipment. A set of prototypes are fabricated andconfirm the compatibility of these technologies with a future industrial integration
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Lapierre-Boire, Louis-Philippe. "Impact de l'ajout de nanoparticules sur l'écoulement de mélanges de poudre à base de fer." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27117/27117.pdf.
Full text
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Garrido, Pacheco Mariano. "Electromagnetic processing of molten light alloys reinforced by micro/nanoparticles." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI010/document.
Full textAbstract:
L'amélioration des propriétés mécaniques des métaux et des alliages purs peut être obtenue par l'introduction de particules de céramique dispersées de manière appropriée dans le matériau. Ces particules peuvent agir comme sites de germination améliorant la réduction de la taille des cristallites (grains). La dispersion de ces matières nucléantes présente des défis du fait de leur tendance à la sédimentation et à l'agglomération. Des particules de taille nanométrique peuvent également améliorer les propriétés mécaniques par plusieurs mécanismes de renforcement du type Orowan ou aux joints de grains. L'utilisation de l'agitation électromagnétique est un moyen de disperser des particules et de produire des changements dans la microstructure du matériau. L'agitation électromagnétique induite peut augmenter le nombre de sites de nucléation disponibles lors de la solidification en rompant les bras des dendrites nouvellement formées au niveau du front de solidification. Le champ de température dans le matériau fondu peut également être homogénéisé par son action. Le faible gradient de température produit dans le métal liquide peut favoriser la croissance des dendrites équiaxes. Dans cette étude, un four de type Bridgman a été utilisé pour produire des matériaux contenant des raffineurs de grains et des particules de renforcement. Le four a été équipé d'un électro-aimant de Bitter capable de produire un champ magnétique glissant (CMG). Grâce à l'agitation électromagnétique, l’écoulement induit disperse les particules et produit des changements effectifs dans la microstructure des matériaux étudiés. Les expériences ont été confrontées par des simulations numériques réalisées par l'Université de Greenwich et le laboratoire SIMaP. Les expériences effectuées en dispersant les microparticules de SiC dans la matrice de magnésium pur montrent que la distribution des particules dans le matériau est fortement régie par l'orientation verticale du champ magnétique appliqué (vers le haut ou vers le bas). Les résultats de la simulation numérique et des expériences sur la dispersion des particules sont en accord. L’agitation électromagnétique promeut un affinage des grains dans le cas de l’aluminum pur. Une tendance contraire est observée sur les alliages. Le CMG est utilisé pour disperser les particules de taille nanométrique et micrométrique. La dispersion des particules micrométriques utilisées dans les alliages de magnésium et d’aluminium n’ont d’influence ni sur l’affinage des grains ni sur le renforcement mécanique. Cependant, les expériences avec des nanoparticules ont montré une amélioration de la résistance au fluageImprovement in mechanical properties of pure metals and alloys can be achieved by the introduction of ceramic particles appropriately dispersed within the material. These particles can act as nucleation sites enhancing the reduction of the crystallite (grain) size. The dispersion of these nucleant materials presents challenges due to their tendency to sediment and to agglomerate. Particles of nanometric size can also produce the improvement of mechanical properties by several reinforcement mechanisms such as Orowan or grain boundary strengthening. The use of electromagnetic stirring can provide a method to disperse particles and produce changes in the microstructure of the material. The induced stirring can increase the number of nucleation points available during solidification breaking the arms of the new formed dendrites at the solidification front. The temperature field in the molten material can be also homogenized by the action of the electromagnetic stirring. The small temperature gradient produced in the liquid metal can promote the growing of equiaxed dendrites. In this study a Bridgman type furnace has been used to produce materials containing grain refiners and reinforcement particles. The furnace has been equipped with a Bitter coil electromagnet capable to produce a travelling magnetic field (TMF). The electromagnetic stirring provides an induced flow which is used to disperse the particles and produced measurable changes in the microstructure of the materials studied. The experiments carried out were supported with numerical simulations performed by University of Greenwich and Simap laboratory. Experiments performed dispersing SiC microparticles into pure magnesium matrix showed that particle concentration patterns in the material are strongly governed by the vertical orientation of the magnetic field applied (upwards vs downwards). The observed patterns of dispersion obtained from the experiments presented a good agreement with the patterns predicted by the numerical simulation. The effects of the electromagnetic stirring in the grain refining of pure aluminium showed positive results whereas the alloys subjected to stirring presented grain growth. The TMF was used to disperse particles of micrometric and nanometric size. The dispersion of microparticles in magnesium and aluminium alloys did not produce improvements in either grain refinement or mechanical properties. However, the experiments performed dispersing nanoparticles in magnesium alloy showed the improvement of creep resistance
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Lemény, David. "Élaboration morphologique et comportement mécanique de mélanges multiphasé PP/PA : analyse du potentiel de compatibilisation et de renforcement par des nanoparticules." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10199.
Full textAbstract:
Cette étude permet d’évaluer le potentiel des nanocharges en tant que compatibilisant afin de proposer de nouvelles voies de valorisation des matières plastique issue du recyclage. Les travaux ont été focalisés sur les mélanges polypropylène/polyamide constituant les principaux polymères issus de l’automobile. Du fait de leur incompatibilité, il est indispensable de compatibiliser ces mélanges afin d’atteindre un niveau de propriétés suffisantes. Dans le cadre de ces travaux, une nouvelle voie de compatibilisation par l’incorporation de nanocharges à été effectué et a montré tout son potentiel sur l’amélioration de la morphologie mais également sur les propriétés mécaniques résultantesThis study assesses the potential of nanofillers as a compatibilizer in order to propose new ways of recycling plastics from recycling. The work was focused on blends polypropylene / polyamide polymers constituting the main from the car. Because of their incompatibility, it is essential to these compatibilized blends to achieve a sufficient level of properties. As part of this work, a new way of compatibilization by the incorporation of nanofillers has been conducted and has shown its potential on improving the morphology but also on the resulting mechanical properties
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Labaume, Isabelle. "Morphologie et rhéologie de mélanges polyéthylène / polyamide comptabilisés ou chargés de nanoparticules d'argile : mise en évidence et comparaison des propriétés d'interphase." Brest, 2011. http://www.theses.fr/2011BRES2071.
Full textAbstract:
L'objectif est 1/ de contribuer à une meilleure caractérisation de l'interphase, de ses propriétés et de son influence sur la structure et le comportement rhéologique de mélanges polyéthylène/polyamide comptabilisés de manière organique ou par ajout de nano-argiles, 2/ de comparer les propriétés et les effets d'interphase des systèmes comptabilisés de manière organique à ceux des systèmes chargés de nanoparticules argileuses. Ces travaux ont été menés sur quatre couples de mélanges polyéthylène/polyamide, de rapport de viscosités différents, comptabilisés soit par un polyéthylène greffé anhydride maléique, soit chargés de nanoparticules d'argile. L'étude des propriétés d'interphase révèle que, pour les deux types de mélanges ternaires étudiés, les caractéristiques à l'échelle moléculaire du polyéthylène et du polyamide influencent significativement les propriétés viscoélastiques de l'interphase. Un des quatre couples polyéthylène/polyamide conduit à des systèmes ternaires chargés de nanoparticules d'argiles ou comptabilisés par voie chimique présentant des morphologies nodulaires identiques et un effet émulsifiant, autorisant la comparaison des deux types d'interphase. Les résultats montrent que l'interphase argile/polyamide intercalé a des propriétés dissipatives plus marquées que l'interphase obtenue à partir d'une comptabilisation organique. La modélisation des propriétés viscoélastiques des deux types de systèmes ternaires par le modèle de Palierne suggère l'existence de mécanismes de relaxation complexes au sein de ces interphases, impliquant des interactions spécifiques entre les trois composants de ces mélangesThe objective is 1/ to contribute to a better characterization of the interphase, of its properties and of its influence on the structure and rheological behaviour of polyethylene/polyamide blends compatibilized either chemically or physically by addition of nanoclays, 2/ to compare the properties and interphase effects of systems chemically compatibilized with those of systems filled with clay nanoparticles. These works have been performed on four different polyethylene-polyamyde blends, with various viscosity ratio, compatibilized either with a maleic anhydride grafted polyethylene or filled with clay nanoparticules. The study of interphase properties shows that, for the two types of ternary blends studied, the molecular characteristics of polyethylene and polyamide significantly influence the interphase viscoelastic properties. One of the four polyethylene/polyamide couples leads to ternary systems, filled with claynanoparticles or chemically compatibilized, which ewhibit both identical nodular morphology and emulsifying effect, allowing the comparison of the two types of interphase. The results show that the clay/intercalated polyamide interphase has dissipative properties which are more marked than the interphase obtained from a chemical compatibilization. The modeling of the viscoelastic properties of both types of ternary systems, using the Palierne model, suggests the existence of complex relaxation mechanisms within these interphases, involving specific interactions between the three componenets of these blends
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Boucher, Virginie. "Élaboration de polymères nanocomposites transparents : relations structure/propriétés." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10161/document.
Full textAbstract:
L'objet de cette étude est l'élaboration de matériaux polymères nanocomposites transparents à matrice polycarbonate, pour des applications dans des domaines tels que la lunetterie ou le vitrage automobile. L'incorporation de nanoparticules au sein du polycarbonate a été envisagée afin de lui conférer certaines propriétés mécaniques telles qu'une plus grande rigidité, une meilleure stabilité dimensionnelle, une résistance à la rayure plus importante, tout en conservant sa transparence. Le maintien de la transparence du matériau passe d'une part par l'utilisation de particules nanométriques présentant un indice de réfraction proche de celui de la matrice et d'autre part par une trés bonne dispersion de ces particules au sein de la matrice polymère. Ainsi différents types de nanoparticules minérales ont d'abord été sélectionnés puis incorporés dans la matrice polycarbonate. L'évaluation des performances de ces nanocomposites en termes de transparence et de propriétés mécaniques a non seulement permis d'affiner la sélection des charges, mais aussi mis en évidence la difficulté de limiter la dégradation de la matrice polycarbonate en présence des nanocharges. Afin d'optimiser les performances des matériaux considérés, une étude approfondie des mécanismes de dégradation de la matrice polycarbonate a été réalisée, et des modifications du procédé d'élaboration ont été envisagées afin de limiter la dégradation de la matrice au cours de l'élaboration des nanocomposites. Enfin, dans le cadre d'une réflexion plus générale sur les mécanismes de renforcement des nanocomposites, une étude a mis en évidence les relations structure/propriétés existant au sein des matériaux élaborés, soulignant l'influence des nanoparticules sur la mobilité moléculaire de la matrice polycarbonateThis study deals with the preparation of transparent polycarbonate nanocomposites for industrial applications such as optical lenses or automotive glazing. Incorporating nanoparticles to polycarbonate matrix aimed to improve some of its properties such as stiffness, dimensional stability, or scratch resistance, while maintaining intrinsic properties such as its transparency. Polycarbonate nanocomposites transparency depends on one hand on mineral partic/es diameter and refractive index, and on the other hand on the good dispersion of particles in polymer matrix. Therefore, different types of mineral fillers were selected and incorporated in polycarbonate matrix. The evaluation of mechanical and optical properties of these nanocomposites permitted not only to refine particles selection, but also to highlight polycarbonate degradation during compounding with nanofillers. ln order to optimize materials performances, a thorough study of degradation mechanisms was carried out, and the nanocomposites preparation process was modified so as to Iimit polycarbonate degradation in presence of mineral fillers. Lastly, in a more general framework, the reinforcement mechanisms involved in nanocomposite materials were investigated, and showed the existence of correlations between materials structure and properties, and the effect of mineral fi/lers on polycarbonate molecular dynamics
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Aldroe, Hanaya. "Analyse des propriétés physiques et mécaniques des nanocomposites polyamide 12 / cloisite® 30B en lien avec leurs nanostructures." Thesis, Tours, 2014. http://www.theses.fr/2014TOUR4034/document.
Full textAbstract:
Les nanocomposites suscitent un intérêt croissant depuis leur développement dans les années 90 par Toyota. Par conséquent, l'amélioration des propriétés de ce type de matériaux est un enjeu fort tant d'un point de vue fondamental qu'industriel. Cette amélioration peut passer par un choix pertinent des charges renforçantes ajoutées à la matrice notamment en ce qui concerne le type, la géométrie, la proportion et le traitement de ces charges. L’optimisation des paramètres d’élaboration du mélange y joue aussi un rôle important. L’objectif de ce travail est de contribuer à l’identification et à la compréhension des mécanismes à l'origine du renforcement des matrices thermoplastiques par des nanocharges. Cet aspect est abordé à travers l’étude des propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites formés d’une matrice Polyamide 12 (PA12) chargées par des nanoparticules d’argile organiquement modifiée. Plus précisément, nous avons analysé les effets de la fraction massique des charges et du vieillissement naturel sur les propriétés structurales, thermiques et mécaniques de ces nanocomposites. L’influence des conditions de mélangeage sur ces propriétés ont aussi été examinées. Nous avons particulièrement mis l’accent sur l’identification des liens qui existent entre les propriétés macroscopiques et la structure des nanocomposites. Nous avons aussi fait une étude comparative des propriétés viscoélastiques de ces matériaux à l'état fondu et à l'état solide, ce qui représente une des originalités forte de ce travailNanocomposites are interestingly growing since their development in the 1990s by Toyota Company. Therefore, improving the properties of such materials is a major issue from fundamental and industrial point of view. This improvement can pass through a relevant choice of reinforcing loads added to the matrix particularly regarding the type, geometry, the proportion, and the treatment of these fillers. The processing parameters of the mixture play also a key role. The objective of this work is to contribute to the identification and understanding of the mechanisms at the origin of the reinforcing thermoplastic matrices by nanofillers. This aspect presented through the study of the thermal and mechanical properties of nanocomposites formed by a polyamide 12 matrix (PA12) filled with organically modified clay nanoparticles. More specifically, we analysed the effects of the filler mass fraction and environmental aging on structural, thermal and mechanical properties of these nanocomposites. The mixing conditions on these properties were also examined. A particular attention has been paid to the study of relationships between the macroscopic properties and the structure of nanocomposites. Viscoelastic properties of these materials in both melt and solid states were compared, which represents one of the originalities of this work
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Ben, Dahou Dounia. "Nouveaux matériaux nanoporeux et bio-hybrides à base de nanoparticules minérales et/ou celllulosiques : relation structure/propriétés." Thesis, Lorient, 2015. http://www.theses.fr/2015LORIS363/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la préparation, par la technique de la lyophilisation, des aérogelsà base de celluloses et de charges minérales destinés à une utilisation potentielle dans le domainede l'isolation thermique. Le premier objectif de la thèse a été la caractérisation de différentescelluloses (cellulose (PBPD), nanocristaux (NCC) et nanofibrilles oxydées (NFCs)), les chargesminérales (principalement la zéolithe) et les différents aérogels résultants de différentescombinaisons des matériaux de départ utilisés. Nous avons utilisé pour la caractérisation desmatériaux de départ et des aérogels des techniques d'analyse telles que la diffraction des rayonsX (DRX), la BET, le MEB et le potentiel zêta. Nous avons également caractérisé les propriétésmécaniques des aérogels par des essais de compression et leurs propriétés de conductionthermique dans le régime non stationnaire par la technique du fil chaud. Il s’est avéré qu’unestructuration multi-échelles de ces différentes celluloses favorise la création de méso etnanoporosités au détriment de la macroporosité. Ceci favorise le confinement de l’air dans le bioaérogelpar effet de Knüdsen et améliore ses propriétés d’isolation thermique. D'autre part lesnanoparticules (organiques et inorganiques) permettent d'avoir des aérogels de très bonnespropriétés mécaniques. Le troisième objectif était d'essayer d'autres charges minérales (autres quela zéolithe) dans les différentes celluloses et d’explorer les propriétés morphologiques,structurales, thermiques et mécaniques. Cette étude a permis de montrer l'importance descaractéristiques morphologiques et géométriques des charges minérales dans le contrôle despropriétés physiques et mécaniques des aérogels bio-hybridesThis thesis focuses on the preparation, using freeze drying technique, of aerogels madefrom cellulose and mineral fillers intended for potential use in the field of thermal insulation. Thefirst goal of this thesis was the characterization of different cellulose (cellulose (PBPD)nanocrystals (NCC) and oxidized nanofibrils (NFCs)), the inorganic filler (mainly zeolite) and theresulting aerogels prepared by various combinations. We used for the characterization of thestarting materials and the aerogels analytical techniques such as x-ray diffraction (XRD), BET,SEM and the zeta potential. We also characterized the mechanical properties of the aerogels bycompression tests and their thermal conduction properties in the non-steady state by the hot wiretechnique. It has been found that multi-scale structure of these celluloses promotes the creation ofmeso and nanoporosities to the detriment of macroporosity. This promotes the confinement ofthe air in the bio-aerogel by Knudsen effect and improves their thermal insulation properties. Onthe other hand, the nanoparticles (organic and inorganic) allow the aerogels to have very goodmechanical properties. The third objective was to try other mineral fillers (other than the zeolite)in combination with the different cellulose and explore the morphological, structural, thermaland mechanical of the corresponding aerogels. This study has allowed showing the importance ofmorphological and geometrical characteristics of the mineral fillers in controlling physical andmechanical properties of the bio-hybrid aerogels
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Poisson, Charles. "Optimisation de films complexes PE/Liant/PA à propriétés d'usage maîtrisées." Lille 1, 2005. http://www.theses.fr/2005LIL10152.
Full textAbstract:
La modification de la microstructure, de l'interdiffusion et les interactions intermoléculaires induites par l'ajout d'EVA en couche PE de films PE/liant/PA améliorent la soudabilité et les propriétés optiques, sans dégrader les performances mécaniques ni l'adhésion. Seule la glissabilité est détériorée. L'ajout d'EVA en couche liante augmente l'adhésion PEgMAH/PA6-66 par création de liaisons hydrogène entre l'acétate de vinyle et le PA6-66 et amélioration de la mouillabilité à chaud. L'utilisation d'un PA6 ramifié dégrade l'adhésion PEgMAH/PA6 qui est gouvernée par le temps de contact entre les polymères. La glissabilité a été ajustée par l'ajout d'agents glissants en couche (PE+EVA) dont l'efficacité est limitée par la présence des couches adjacentes et la formation d'une couche de surface non homogène. L'utilisation de nanocharges en couche PA6 conduit à une amélioration significative des performances mécaniques mais modeste de l'imperméabilité à l'oxygèneThe modification of the microstructure and the interdiffusion as well as the intermolecular interactions induced by addition of EVA in the PE layer PE/binder/PA packaging films improve the seal ability and the optical properties without degradation of the mechanical and adhesion performances. Only the sleep ability is deteriorated. The addition of EVA in the tie layer improve the PEgMAH/PA6-66 adhesion properties modification of the type and the density of the intermolecular interactions between tie layer, PA and EVA. The substitution of a linear PA6 by a branched leads to a degradation of the PEgMAH/PA6 adhesion properties which is mainly controlled by the contact time between the polymers. The slip ability was adjusted by addition of slip agents in the (PE+EVA) layer whose efficiency is limited by the presence of the adjacent layers and the formation of a non-uniform lubricating layer. The use of nanofillers in the PA6 layer leads to an improvement of the mechanical properties but a limited reduction of the gas permeability
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Martin, Clélia. "Films multicouches à base de nanocristaux de cellulose : relation entre structure et propriétés mécaniques et/ou optiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAS021/document.
Full textAbstract:
Les nanocristaux de cellulose (NCC) sont des nanoparticules biosourcées en forme de bâtonnets produites par l’hydrolyse à l’acide sulfurique de fibres de cellulose. Les nombreux avantages des NCC (excellentes propriétés mécaniques, faible densité, grande surface spécifique, non toxicité, source abondante et renouvelable) en font des briques élémentaires particulièrement attractives pour l’élaboration de nanocomposites biosourcés et expliquent l’intérêt croissant des mondes industriels et académiques pour ces nanoparticules. Au cours des dix dernières années, les NCC ont été associés à différents types de polymère pour former, grâce à la méthode d’assemblage couche par couche, des films minces aux architectures modulables. Dans ce travail, nous avons exploré trois axes de recherche innovants dans le domaine des films multicouches à base de NCC. Dans un premier temps, les chaînes de polymère ont été remplacées par des nanoparticules inorganiques de forme hexagonale chargée positivement, les nanoplaquettes de gibbsite (GN), pour former des films minces hybrides entièrement constitués de nanoparticules. Nous avons montré que l’architecture des films (NCC/GN) pouvait être modulée sur une large gamme en ajustant les paramètres physico-chimiques comme le facteur de forme, la force ionique de la suspension de NCC ou le protocole de séchage. La caractérisation fine de la structure interne des films a été déterminée par l’utilisation de deux techniques de surface complémentaires, la microscopie à force atomique (AFM) et la réflectivité des neutrons (RN). Nous avons pu prouver que l’architecture interne des films était le résultat de différentes forces d’interaction dont la portée dépend des paramètres physico-chimiques utilisés. Dans un second temps, la résistance à l’humidité de films entièrement biosourcés a été étudiée en comparant des films dans lesquels les NCC étaient associés soit à des chaines de xyloglucane (XG) natives soit à des chaines de XG oxydées. Les résultats d’AFM et de RN révèlent que les cinétiques d’absorption d’eau et l’hydratation des films dépendent fortement de la possibilité de créer des liaisons hémiacétales intra- et intercouches générant ainsi un réseau covalent. Le troisième axe de recherche concerne la production de surfaces macroscopiques au sein desquelles les NCC seraient orientés dans des directions privilégiées pour élaborer des nanocomposites anisotropes. Un alignement prononcé a été obtenu par l’utilisation d’un flux laminaire de cisaillement.L’ajustement des paramètres structuraux confère aux films multicouches des propriétés physiques macroscopiques spécifiques. Les propriétés mécaniques des films ont donc été déterminées en utilisant la technique SIEBIMM (strain induced elastic buckling instability for mechanical measurements) et ont été reliées aux paramètres structuraux. Ces nanocomposites aux architectures et propriétés modulables pourraient permettre la conception de films minces ou de revêtements intéressants pour des domaines tels que les membranes de séparation ou les supports flexibles pour l’électroniqueCNCs are biobased nanorods that are attracting increasing attention from both the academic and industrial communities due to their numerous properties such as renewability, high specific surface area, excellent mechanical properties, light weight, or non-toxicity. CNCs are thus considered as highly promising blocks for the production of high performance biobased composites. In the last ten years, negatively charged CNCs have been associated with natural or synthetic polycations or neutral biopolymers within multilayered films built by the layer-by-layer assembly technique. In the present study, we have investigated three new research axes in the CNC-based multilayers field. In a first part, polymer chains have been replaced by positively charged inorganic Gibbsite nanoplatelets (GN) to form innovative hybrid nanoparticules-based thin films. We have shown that the architecture of (CNC/GN) films can be tuned over a wide range by adjusting the physico-chemical parameters such as the aspect ratio of the CNC, the ionic strength, or the drying protocol. The detailed internal structure of the multilayered films has been elucidated by the complementary use of AFM and neutron reflectivity (NR) and was attributed to a combination of different interaction forces. In a second part, the resistance to humidity of purely biobased films was investigated by comparing films where CNCs are associated either with neutral xyloglucan chains or with oxidized ones. AFM and NR reveal that the kinetics of water intake and hydration strongly depends on the possibility to form inter- and intra-layer hemiacetal bonds forming a covalent network. The third axis concerns the production of uniformly oriented macroscopic surfaces of CNCs to build anisotropic multilayered nanocomposites. Enhanced alignment was achieved by the use of laminar shear flow.The fine tuning of the structural features of all the multilayered systems studied gives rise to specific macroscopic physical properties. The mechanical properties of films of various architectures (Young’s modulus) have thus been measured using the strain induced elastic buckling instability for mechanical measurements (SIEBIMM) technique and tentatively related to the film’s structure. The tunable properties of such multilayered systems pave the way to the design of thin films and coatings for separation membranes or supports for flexible electronics
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Vanmarcke, Audrey. "Etude des relations élaboration, morphologie et comportement mécanique de mélanges et (nano)composites à base d’amidon." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10153/document.
Full textAbstract:
L’amidon, de par son faible coût et son abondance, est un candidat de choix dans le développement de nouveaux biopolymères. Cependant, les propriétés mécaniques de l’amidon thermoplastique (TPS) étant inférieures à celles des polymères pétro-sourcés, il est très souvent mélangé à une polyoléfine (PO) résultant en un mélange incompatible dont la morphologie doit être optimisée. L’objectif de cette étude est d’améliorer la compatibilité de mélanges PO/TPS en modulant les propriétés de l’interface via l’utilisation de polyoléfines de polarité différente d’une part, et d’autre part, par l’ajout de nanocharges à l’interface du mélange. Le suivi de l’évolution de la structure des mélanges par SAXS lors d’essais de traction in situ a montré que les premiers signes de décohésion apparaissent pour des taux de déformation plus élevés lorsque le TPS est mélangé avec une PO plus polaire, indiquant l’existence d’une meilleure interface. Des nanocharges de carbonate de calcium (CaCO3) de polarité différente ont ensuite été ajoutées aux mélanges. Selon leur polarité, les CaCO3 peuvent être localisées à l’interface ou dans la phase dispersée amylacée donnant lieu à une réduction ou à une augmentation de sa taille selon la nature de la PO. L’étude du comportement mécanique a montré une augmentation des contraintes avec la PO la plus polaire indépendamment de la localisation des CaCO3 dans le mélange. Ceci met en évidence le fait qu’une compatibilisation par ajout de nanocharges ne nécessite pas uniquement de contrôler la dispersion pour les placer à l’interface du mélange, il faut également prendre en compte les propriétés intrinsèques de chaque composantAmong the various bio-based polymers considered as potential alternative of oil-based plastics, starch appears as one of the most interesting materials due to its wide availability and low cost. However, thermoplastic starch (TPS) exhibits poor mechanical properties as compared to synthetic polymers. One strategy used to overcome this drawback consists in blending TPS with a polyolefin (PO) resulting in an incompatible blend which morphology has to be optimized. In that frame, the main objective of this work is to enhance the mechanical performances of PO/TPS blends via a modulation of the interface properties by using polyolefins with different polarity and by adding nanoparticles to compatibilize the blends. The structural evolution of the blends induced by strain has been followed in situ by SAXS and revealed that the first signs of decohesion appear at higher strain rates when the TPS is mixed with the more polar polyolefin indicating a better adhesion in this blend. Calcium carbonate nanoparticles (CaCO3) with different polarities were then added to the blends. According to their polarity, the CaCO3 were located at the interface or in the dispersed phase composed of TPS, resulting in a refinement or a coarsening of the morphology depending on the polyolefin used. The study of the mechanical behavior shows an increase in the tensile properties for the more polar PO. These observations were made regardless the localization of the CaCO3 in the blends, meaning that achieving a compatibilization with nanoparticles does not only require to control their dispersion and their localization, the intrinsic properties of the raw materials have also to be taken into account
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Mikosch, Cuka Andi. "Développement d'expérimentations mécanique in situ dans un microscope électronique à balayage et en transmission environnemental pour étudier à l'échelle nanométrique les propriétés et le comportement de nanoparticules sous contraintes mécanique et environnementale." Thesis, Antilles, 2019. http://www.theses.fr/2019ANTI0329/document.
Full textAbstract:
La nécessité de pouvoir visualiser et manipuler des nano-échantillons de matériaux minéraux ou biologiques, tout en menant des expériences quantitatives de traction, compression, flexion et cisaillement, a mené au développement d’un dispositif de nano manipulation pouvant évoluer dans un microscope électronique à balayage en transmission environnemental.Un tel dispositif permettra donc de mesurer les différentes forces mises en jeu et de visualiser l’interface d’intérêt durant les différentes manipulations réalisées dans des conditions environnementales contrôlées (pression partielle de gaz de 10-8 à 2500 Pa, milieu liquide). Ce travail de thèse a permis le développement opérationnel d’un nanomanipulateur à 9 degrés de liberté (Nanomanipulateur 9D). Une fois construit, nous avons réalisé un logiciel de contrôle et d’acquisition des paramètres de positions et de déplacements. Nous avons développé et étalonné des nano-supports et nano-outils peu onéreux permettant la mesure de forces de l’ordre du nanonewton. Il s’agit de micro-aiguilles de verre préparées par la méthode de fusion étirage de baguettes de verre ordinaire ou borosilicaté au chalumeau. Ces micro-aiguilles ont été recouvertes d’une fine couche de métal (4 nm d’or pour nos essais) par pulvérisation cathodique afin de les rendre conductrices et réduire les effets de charges.Enfin, afin d’illustrer une partie des capacités de nano-caractérisation quantitative offertes par le nanomanipulateur, installé dans le MEBE, et d’évaluer ses limitations, nous avons réalisé une série de mesures quantitatives de flexion, d’adhérence et de frottement statique et dynamique sur différents types de nanoparticules dérivées du carbone. Les nanoparticules étudiées sont le noir de carbone partiellement fluoré (NCF), le graphite exfolié, les nano-disques et nano-cônes de carbone amorphe (CND-A et CNC-A), les nano-disques et nano-cônes de carbone graphitisé (CND-G et CNC).Les différentes mesures sur des nanoparticules dérivées de carbone :•On a effectué des mesures de raideurs d’un nano disque poly nano cristallin de carbone (CND-A). Une partie du nano-disque sélectionné est fixée sur une micro-aiguille, et l’autre partie est déformée élastiquement. La raideur angulaire en torsion mesurée est de l’ordre de 0,041 ± 0,009 µN*µm/°.• Dans les essais d’adhérence sur des contacts or/noir de carbone fluoré et or/graphite fluoré, on a noté une décroissance significative des forces et des énergies d’adhérence en fonction de la succession chronologique des essais. Cette décroissance peut être attribuée au transfert, par délamination, d’une fraction croissante de matériaux de la surface des nanoparticules sur la surface dorée des micro-aiguilles.•Des expériences de tribologie à l’échelle nanométrique ont été réalisées afin de mesurer quantitativement les coefficients de frottement statique et dynamique pour des contacts or/carbone établis entre l’extrémité libre d’une micro-aiguille dorée et la surface de différentes nanoparticules (graphite exfolié, CND-A et CND-G) et des contacts carbone/carbone établis entre les surfaces de deux nanoparticules. On a mesuré les coefficients de frottement dynamique sur des contacts or/CND-A (µD ≤ 0,05) et pour des contacts CND-A/CND-A (0.02 ≤ µD ≤0.2). Les résultats obtenus dans le cas des coefficients de frottement statiques sont de quelques ordres de grandeur supérieurs à ceux attendus. Ces différences ont été attribuées à un phénomène de « soudure » du contact dû au faisceau d’électrons.Pour chacune de ces expériences une analyse précise et minutieuse des images réalisées au MEB nous a permis d’extraire des données permettant de quantifier les phénomènes étudiésThe need to be able to visualize and manipulate nano-samples of mineral or biological materials, while conducting quantitative tensile, compression, bending and shearing experiments, led to the development of a nano-manipulation device that can evolve in an electron microscope. scanning in environmental transmission.Such a device will therefore make it possible to measure the various forces involved and to visualize the interface of interest during the various manipulations performed under controlled environmental conditions (gas partial pressure of 10-8 to 2500 Pa, liquid medium).For each of these experiments a precise and meticulous analysis of the images realized with the SEM allowed us to extract data making it possible to quantify the phenomena studied
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Vergnat, Virginie. "Matériaux hybrides organiques-inorganiques par greffage covalent de polymères sur des oxydes métalliques." Strasbourg, 2011. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2011/VERGNAT_Virginie_2011.pdf.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est d’élaborer des matériaux hybrides polymères/oxydes métalliques à nanostructure contrôlée et d’étudier leurs propriétés physiques. Pour préparer ces matériaux, nous avons choisi la méthode « grafting from » qui consiste dans un premier temps à greffer de manière covalente un amorceur de polymérisation à la surface des nanoparticules. La polymérisation est ensuite conduite depuis la surface de ces nanoparticules. Tout d’abord, nous présentons les nanoparticules d’oxydes métalliques utilisées: la ferrite de cobalt synthétisée par coprécipitation, l’oxyde de fer non agrégé synthétisé par décomposition thermique, le dioxyde de titane et l’hématite accessibles commercialement. Une attention particulière est portée à la synthèse en grande quantité de l’oxyde de fer non agrégé et à l’évolution du milieu au cours de la synthèse ce qui permet de préciser le rôle de chaque étape du processus de décomposition thermique. Ensuite, nous présentons le greffage d’amorceurs de polymérisation porteurs d’une fonction acide phosphonique et d’un -bromo ester à la surface des oxydes métalliques. Puis, nous étudions la polymérisation radicalaire par transfert d’atome de différents monomères (styrène, méthacrylate de méthyle) à partir des nanoparticules fonctionnalisées et nous proposons plusieurs hypothèses pour expliquer la faible efficacité de la réaction d’amorçage de la polymérisation à la surface des nanoparticules. Ensuite, la morphologie des matériaux hybrides est présentée. Pour finir, nous étudions les propriétés mécaniques (par nano-indentation ou nanorayures) des matériaux hybrides obtenus, ainsi que les propriétés rhéologiques, thermiques et magnétiquesThe objective of this thesis was to elaborate well defined polymer/metal oxide hybrid materials and to study their physical properties. These materials were prepared by the “grafting from” method, which consists in a first step to covalently graft a polymerization-initiator molecule onto the surface of the nanoparticles. In a second step, polymerization was performed from the initiator anchored on the surface of the nanoparticles. Firstly, we presented the metal oxide nanoparticles used for the preparation of hybrid materials: cobalt ferrite synthesized by coprecipitation, non-aggregated iron oxide synthesized by thermal decomposition, titanium dioxide and hematite commercially available. We focused particularly on the large-scale synthesis of non-aggregated iron oxide nanoparticles and on the evolution of the reaction medium during the synthesis, which allowed us to specify the role of each step in the process of thermal decomposition. Then, we presented the grafting of polymerization-initiator molecules onto the surface of the metal oxides. The polymerization-initiator molecules are composed of an active tertiary bromide and a phosphonic acid end group. After that, we studied the atom transfer radical polymerization of different monomers (styrene, methyl methacrylate) on the functionalized nanoparticles and several hypotheses were proposed to explain the low initiator efficiency when the polymerization is performed at the nanoparticles surfaces. Then the morphology of the hybrid materials was presented. Finally, we studied mechanical properties (by nanoindentation or nanoscratch) of the obtained hybrid materials, as well as rheological, thermal and magnetic properties
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Paredes, Guerrero Germercy. "Development of new probes based on carbon nanocones for near-field microscopies." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30206.
Full textAbstract:
La microscopie à champ proche permet l'étude topographique et des propriétés physiques (électrique, mécanique, etc.) de la surface d'un matériau à l'échelle nanométrique. Pour ce faire, l'échantillon étudié est balayé en surface par une sonde (ou pointe) dont les caractéristiques géométriques (comme le rayon de courbure de l'apex et le facteur de forme) et les propriétés physiques (mécanique, électrique etc.) doivent être adaptées pour garantir une résolution suffisante et une représentation fidèle de la surface. Cependant, les sondes actuelles présentent des limitations importantes vis-à-vis de la résolution apportée, dans les artefacts possibles d'imagerie, et dans leur adaptabilité concernant leur utilisation dans différents modes (qu'ils soient conducteurs ou non). Ces limitations sont causées principalement par le type de matériau utilisé (par exemple le silicium ou le nitrure de silicium, en standard, ou des nanotubes de carbone), ainsi que par les procédés de fabrication employés pour structurer la géométrie des sondes. Dans ce travail, nous étudions le potentiel de nanocônes de carbone (morphologie carbonée graphénique en forme de cônes à haut facteur de forme et d'apex nanométrique) pour différents modes de microscopie à champ proche. Ces nanocones présentent d'excellentes propriétés mécaniques (forte liaison C-C) et électriques. Ces derniers ont déjà été testés avec succès et brevetés en tant qu'émetteurs d'électrons pour les canons à émission de champ froid équipant les microscopes électroniques par transmission les plus performants. Ces diverses caractéristiques des nanocônes (facteur de forme, apex nanométrique, conductivité, stabilité mécanique, forte cohésion atomique) et d'autres (hydrophobicité, inertie chimique, morphologie multi-échelle micro-nano...) font qu'ils pourraient également constituer une solution prometteuse pour concevoir des sondes potentiellement supérieures aux sondes existantes, qu'elles soient standard ou plus spécifiques comme celles en nanotubes de carbone, pour divers types de microscopie à champ proche, notamment en termes de résolution spatiale et durabilité. Dans une première partie, cette thèse est dédiée à la synthèse de nanocônes de carbone individuels suivant une méthode originale de synthèse nommée ToF-CVD (Time of Flight - Chemical Vapor Deposition). Le travail révèle des mécanismes de formation complexes mettant en jeu d'une part les mécanismes de nucléation en phase hétérogène spécifiques de la CVD du carbone pyrolytique, et d'autre part des mécanismes de mouillabilité impliquant de phénomènes connus du domaine comme l'instabilité de Plateau-Rayleigh. Le montage des nanocônes sur des supports dédiés en tant que sondes pour microscopies à champ proche est ensuite réalisé, suivi par des études de caractérisation (SEM, TEM, spectroscopie RAMAN) pour évaluer leurs caractéristiques initiales du point de vue géométrique et structural et leur évolution vis-à-vis des conditions opératoires requises à la fois lors du montage et pour les différents modes de microscopie à champ proche étudiés. Dans une seconde partie, le potentiel des nanocônes de carbone en tant que sondes pour des modes de microscopie à champ proche non conducteurs comme le mode topographie (microscopie à force atomique - AFM) et le mode "Peak Force Quantitative Nano Mechanical" (PF-QNM), et pour des modes conducteurs comme pour la microscopie à effet tunnel (STM), la microscopie à force atomique conducteur (c-AFM), la microscopie à force Kelvin (KFM) est évalué. Cette évaluation est faite sur la base de (i) leurs performances ; (ii) leur durabilité ; (iii) leur versatilité. La finalité ultime est de comparer la performance des sondes-nanocônes de carbone par rapport à des sondes commerciales. Les nanocônes de carbone se révèlent être de véritables sondes multimodes avec peu d'équivalents actuels. Des améliorations sont cependant nécessaires et possibles, ce pour quoi des directions sont proposéesNear-field microscopy allows studying the topography and the physical properties (electrical, mechanical, etc.) of a material surface at nanoscale. For such a purpose, the sample surface is scanned by a probe (or tip) which geometric characteristics (such as the apex radius and the aspect ratio) and the physical properties (mechanical, electrical, etc.) must be suitable to ensure a sufficient resolution and a reliable representation of the surface. However, the current probes have significant limitations regarding the resolution, the possible imaging artifacts, as well as their ability to be used in different modes (conductive and non-conductive). These limitations are caused mainly by the type of material used (for example silicon or silicon nitride, for standard probes, or carbon nanotubes), as well as by the manufacturing processes used to structure the geometry of the probes. In this work, we study the potential of carbon nanocones (graphenic carbonaceous morphology with conical shape with high aspect ratio and nanosized apex) for different modes of near-field microscopy. These nanocones exhibit excellent mechanical (strong C-C bond) and electrical properties. They have already been successfully tested and patented as electron emitters for the cold-field-emission guns which equip the most performing transmission electron microscopes. These various characteristics of the nanocones (aspect ratio, nanosized apex, conductivity, mechanical stability, strong atomic cohesion) and others (hydrophobicity, chemical inertia, multiscale micro-nano morphology...), make that they could also constitute a promising solution for designing probes potentially superior to existing probes, either standard or more specific such as those in carbon nanotubes, for various types of near-field microscopy, in particular in terms of spatial resolution and durability. In the first part, this thesis is dedicated to the synthesis of individual carbon nanocones using an original synthesis method called ToF-CVD (Time of Flight Chemical Vapor Deposition). The work reveals complex formation mechanisms involving the heterogeneous phase nucleation mechanisms specific of the CVD deposition of pyrolytic carbon on the one hand, and well-known wetting mechanisms such the Plateau-Rayleigh instability on the other hand. The mounting of the nanocones on dedicated supports as probes for near-field microscopies is then carried out, followed by characterization studies (SEM, TEM, RAMAN spectroscopy) to assess their starting characteristics from the geometry and structure point of view, and their evolution under the operating conditions required for both the probe fabrication and for the different near-field microscopy modes studied. In a second part, the potentiality of carbon nanocones as probes for non-conductive modes such as topographic mode (atomic force microscopy - AFM) and "Peak Force Quantitative Nano Mechanical" (PF-QNM) mode, as well as for conductive modes such as scanning tunneling microscopy (STM), conductive atomic force microscopy (c-AFM), and Kelvin force microscopy (KFM) is evaluated. This evaluation is made on the basis of (i) performances; (ii) durability; (iii) versatility. The final goal is to compare the performance of the carbon nanocone probes with other commercial probes. Carbon nanocones reveal to truly be multimode probes with few existing counterparts nowadays. Improvements are needed and possible, for which directions are proposed
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Erbi', Matteo. "Impact of Mechanical Loading on the Deformation and the Electronic Properties of Metallic Nanoparticles." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS620.
Full textAbstract:
Les nanoparticules métalliques (NPs) sont des objets fascinants possédant des propriétés uniques qui diffèrent considérablement de leurs homologues massifs en raison de leur rapport surface/volume élevé. Ainsi, de nombreuses applications sont envisagées dans diverses domaines tels que la catalyse, la médecine ou encore l’optique. Toutefois, quel que soit leur domaine d’utilisation, les nanoparticules peuvent être soumises à des contraintes mécaniques entraînant des modifications structurales avec un impact considérable sur les applications visées. Dans cette thèse, nous explorons l'influence des caractéristiques physiques des NPs (forme, taille et composition) sur leurs propriétés mécaniques et étudions comment les déformations plastiques et élastiques affectent leurs capacités d'absorption. Le but est de proposer une voie unique et guidée pour développer une nouvelle classe de nano-objets. En combinant des calculs de dynamique moléculaire et des éléments finis, nous présentons une étude approfondie des déformations élastiques et plastiques de nanoparticules métalliques (Au, Cu et Pt) de différentes formes et tailles en imposant une contrainte sur les facettes (001) et (111). Dans le régime élastique, aucun effet de taille pour les nanoparticules de plus de 5 nm est relevé. En revanche, les propriétés élastiques des NP sont fortement influencées par la forme de la particule. Ainsi, pour une déformation donnée, la distribution du champ de contraintes dans la NP est hétérogène et dépend fortement de la forme de la NP avec un impact majeur sur les propriétés élastiques telles que le module d'Young effectif de la NP. L'accent est ensuite mis sur la transformation plastique des NPs en étudiant la contrainte critique nécessaire à la nucléation des dislocations. Plus précisément, nous cherchons à comprendre comment la forme et la taille des nanoparticules affectent l’apparition des toutes premières dislocations. Notre étude montre que la contrainte critique est fortement impactée par la taille et la forme des NPs. Par ailleurs, un effet universel de ces deux grandeurs sur la nucléation des dislocations est identifié pour les métaux de type cubiques à faces centrées, complétant les résultats de la littérature existante pour des formes de NP spécifiques. En outre, notre analyse met en évidence que les coins des NP sont des zones où la nucléation des dislocations se produit principalement. Par la suite, nous avons développé un modèle simple basé sur des calculs par éléments finis, indiquant que la dislocation nuclée lorsqu'une valeur spécifique de la contrainte de Von Mises est atteinte près des coins de la NP. Notre étude se penche également sur l’impact de la composition chimique sur les propriétés mécaniques des nanoparticules (ici CuAu). Dans ce cadre, des systèmes ordonnés et désordonnés sont considérés faisant apparaitre des comportements singuliers. Ainsi, les structures ordonnées présentent un renforcement mécanique par rapport aux NPs pures d'or ou de cuivre. En revanche, les solutions solides présentent un adoucissement complètement inattendu car contraire aux systèmes massifs. Les connaissances acquises dans le domaine de la déformation mécanique des nanoparticules sont finalement exploitées pour étudier les modifications de leurs propriétés électroniques. À cette fin, une analyse locale des densités d’états électroniques est développée sur la base d’un formalisme de type liaisons fortes pour calculer les effets des contraintes mécaniques sur les propriétés électroniques des nanoparticules de Pt indentées. Nos résultats soulignent que, contrairement à la déformation élastique, la déformation plastique introduit de nouveaux sites de surface faiblement coordonnés qui peuvent améliorer la réactivité de surface des NP. L'augmentation de la réactivité de surface de ces nouveaux sites est confirmée par des calculs DFT examinant l'absorption d'hydrogène sur des NP de Pt plastiquement déforméesMetallic nanoparticles (NPs) are fascinating objects, possessing unique properties that differ significantly from their bulk counterparts due to their high surface area-to-volume ratio. As a result, many nanoparticle-based technological approaches are being foreseen across fields such as catalysis, medicine, and optic applications. However, regardless of their application domain, NPs can be subjected to mechanical constraints, potentially leading to structural modifications or even irreversible changes that drastically impact their intended use. In this thesis, we explore the influence of some tunable characteristics of NPs (shape, size, and composition) on their mechanical properties and investigate how plastic and elastic deformations affect their absorption properties. Our goal is to highlight a viable path to develop a new class of nano-objects. By combining molecular dynamics with finite element calculations, we present an extensive study on the elastic and plastic deformations of metallic (Au, Cu, and Pt) nanoparticles of different shapes and sizes. We impose mechanical loading through nano-indentation on (001) and (111) facets. In the elastic regime, there is no size effect for nanoparticles larger than 5 nm. Conversely, the elastic properties of NPs are highly driven by the shape of the particle: a clear shape effect emerges from our results. For a given imposed deformation, the distribution of the stress field in the NP is heterogeneous and depends strongly on the shape of the NP, having a major impact on elastic properties such as the NP's effective Young’s modulus. The focus then shifts to the plastic transition, by examining by analyzing the critical stress required for dislocation nucleation and understand how the shape and size of nanoparticles affect this key parameter. Our study shows that both the size and shape of the NPs influence the critical stress. By adjusting NP morphology, we can tune the onset of plasticity. A universal effect of size and shape on dislocation nucleation is identified for FCC metals, complementing existing literature results for specific NP shapes. Furthermore, our analysis highlights that NP corners are stress hotspot regions where dislocation nucleation primarily occurs. We develop a simple model based on FE calculations, indicating that dislocation nucleates when a specific Von Mises stress value is reached near NP corners. The research further looks into different mixing patterns of copper-gold nano-alloy. Ordered and disordered systems are tested, showing that the elastic and plastic behavior is sensitive to the mixing pattern. Ordered structures can exhibit strengthening compared to pure Gold or Copper NPs, while solid solutions show a softening, unlike bulk material. Our findings indicate that local order influences the elastic and plastic behaviors of alloy NPs. Knowledge gained in the field of mechanical deformation of nanoparticles is exploited to study changes in their electronic properties. For this purpose, a costume tool is developed based on the tight-binding formalism to compute the effects of both elastic and plastic deformation on the electronic properties of indented Pt NPs. Our results emphasize that, unlike elastic deformation, plastic deformation introduces new, low coordinated surface sites that can enhance NP surface reactivity. The enhanced surface reactivity of these new sites is confirmed by DFT calculations examining Hydrogen absorption on plastically deformed Pt NPs
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Gonzalez, Joa Javier Antonio. "Mesoscale dislocation simulation accounting for surfaces using the superposition method : Application to nanomechanics." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2022. http://www.theses.fr/2022ISAL0129.
Full textAbstract:
Les nano-objets (fils, particules, films minces) sont connus pour leurs propriétés mécaniques exceptionnelles au regard de leurs homologues massifs. Diverses techniques expérimentales (microscopie électronique à transmission ou à balayage, diffraction des rayons X) sont utilisées pour étudier les nano-objets, complétées par des approches numériques telle que la dynamique moléculaire. Bien que fournissant des détails à l'échelle atomique, la dynamique moléculaire reste limitée en termes de taille et de vitesse de déformation, ouvrant la porte à d'autres méthodes comme la dynamique des dislocations discrète. La dynamique des dislocations discrète permet de décrire l'évolution d'une population de dislocations à l’échelle du grain mais est généralement utilisée dans des ensembles quasi-infinis en utilisant des cellules de simulation particulièrement grandes ou des conditions limites périodiques. Par conséquent, la dynamique des dislocations discrète seule ne peut fournir une description physique des surfaces d’un échantillon, surfaces à l'origine de nombreux processus à l'échelle nanométrique. Cette étude vise à modéliser mieux et plus fidèlement la mécanique des nano-objets en tenant compte des interactions complexes entre les dislocations et les surfaces. Pour ce faire, un nouvel outil appelé El-Numodis a été développé. El-Numodis repose sur le couplage du code de dynamique des dislocations discrète Numodis avec le code d'éléments finis Elmer en utilisant la méthode de superposition. Nous présentons ici les étapes de développement d'El-Numodis (pilotes de couplage, forces d'image des dislocations, algorithme de nucléation, etc.) ainsi que plusieurs applications incluant des problèmes d'élasticité classiques dans lesquels des surfaces sont impliquées. A titre d'exemple, la modélisation de films minces métalliques fcc montre l'influence majeure des surfaces sur la mécanique des nano-objets. Enfin, El-Numodis est utilisé pour modéliser la mécanique de nanoparticules céramiques où la nucléation de dislocation informée de manière atomistique, combinée à la théorie de l'état de transition, permet d'étudier le rôle de la taille, température et de la vitesse de déformation sur la déformation de nanocubes de MgONano-objects (wires, particles, thin films) are known for their outstanding mechanical properties when compared to their bulk counterparts. Various experimental techniques (transmission and scanning electron microscopy, X-ray diffraction) are used to investigate nano-objects, all complemented by computational approaches such as molecular dynamics. While modelling atomic-scale processes in the details, molecular dynamics is limited in terms of sample size and strain rates opening doors to other methods such as the discrete dislocation dynamics. Discrete dislocation dynamics is able to describe the evolution of a dislocation population at the mesoscale but is mostly used to describe quasi-infinite ensembles using either particularly large simulation cells or relying on periodic boundary conditions. Consequently, standalone discrete dislocation dynamics cannot provide a complete description of sample surfaces that are known to be at the roots of several nanoscale processes. This study aims at better and faithfully model the mechanics of nano-objects accounting for the complex interactions between dislocations and surfaces. For this purpose, a new tool called El-Numodis was developed. El-Numodis relies on the coupling of the discrete dislocation dynamics code Numodis with the finite elements code Elmer using the superposition method in which the stress field generated by a dislocation population is corrected at the virtual surfaces of a finite-size sample using a finite-element elastic solver. In this work, we present the main development stages of El-Numodis (coupling drivers, dislocation image forces, nucleation algorithm, etc.) as well as several applications including analytically soluble elasticity problems in which surfaces are involved. As an example, the modelling of face-centered cubic metal thin films practically demonstrates the influence of surfaces on nano-objects mechanics. Finally, El-Numodis is used to model the mechanics of ceramics nanoparticles for which atomistically-informed dislocation nucleation as combined to the transition state theory allow to investigate the role of size, temperature and strain rate on the mechanical properties of MgO nanoparticles
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Fang, Yuan. "Étude de l'élaboration de nano-particules élastomères et application de celles-ci en tant qu'agents renforçants pour le poly(acide lactique)." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0192/document.
Full textAbstract:
Le poly (acide lactique) (PLA), est un polymère synthétisé à partir de ressources renouvelables, qui est l'objet de beaucoup d'études à l'heure actuelle mais qui souffre d'une faible résistance au choc. Le but de ce travail est de rechercher des pistes permettant la préparation d'un matériau à base de PLA avec une résistance au choc améliorée tout en minimisant la perte de résistance à la traction. Les travaux présentés ici ont étudié le rôle de nanoparticules élastomères de poly (acrylate de butyle) (PBA) chargées de laponite (LRD) (PBA-LRD) ainsi que de nanocomposites coeur-écorce (PBA-LRD)/poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) en tant qu'agents de renforcement d'une matrice de PLA. Ces nanoparticules ont été dispersées dans la matrice PLA à l'état fondu. La synthèse de ces nanoparticules a été effectuée par polymérisation en émulsion ou miniémulsion. La laponite a été incorporée dans les nanoparticules afin de minimiser la perte de la rigidité tout en améliorant la résistance au choc de PLA. Trois types de tensioactifs et des modifications de surface de la laponite ont été testées pour améliorer l'adhérence entre les particules de PBA et la matrice de PLA. Enfin une écorce de PMMA a été utilisée pour assurer la bonne adhérence entre les particules de PBA et de matrice PLA. Nous avons montré que les particules coeur-écorce ont permis d'augmenter la résistance au choc au 3 fois du PLA tout en réduisant la diminution du module d'Young et la perte de résistance à la traction (~25%). Les propriétés de les particules synthétiques et les propriétés des mélange du PLA avec les particules PBA ou particules coeur-écorce ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (DLS, FTIR, ATG, MET, MEB, RMN 1H, DSC, DMTA...)Poly (lactic acid) (PLA), come from renewable resources, one of the most important biopolymers, suffers from weak impact resistance. The aim of this work is to develop a process that will allow preparing a PLA with improved impact resistance while minimizing loss in tensile strength. The work presented here examined in detail the synthesis of poly(butyl acrylate) (PBA) nanoparticles charged with laponite (LRD) (PBA-LRD) and (PBA-LRD) / poly(methyl methacrylate) (PMMA) core-shell nanocomposites. They were dispersed phase in PLA matrix and were synthesized by emulsion or miniemulsion polymerization. The clay such as laponite was included in these nanoparticles to minimize the loss of rigidity while improving the impact resistance of PLA. Note that three types of surfactants and some modify agents for LRD have been tried to improve the adhesion between the PBA particles and matrix PLA, PMMA was finally used to ensure a good adhesion between the PBA particles and the matrix. To this end, we explored successively the PLA blend, using PBA nanocomposites and the PBA/PMMA core-shell nanoparticles as reinforcing agents, with improved impact resistance, showing that core-shell particles allowed increasing of 3 times of impact strength of the PLA with a minimum amount of loss (~25%) in Young?s modulus and tensile strength. The properties of the synthetic particles and the properties of PLA blends have been demonstrated by various characterization techniques (DLS, FTIR, TGA, TEM, SEM, 1H-NMR, DSC, DMTA ...)
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Mazuel, François. "Agrégats multicellulaires magnétiques : mécanique des tissus et biodégradation des nanomatériaux." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC309/document.
Full textAbstract:
Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment été envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Elles sont internalisées par les cellules qui deviennent alors magnétiques. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler leur organisation spatiale et temporelle, et former un tissu. Ces applications posent la question du devenir des nanoparticules, qui conditionne in fine leur utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes.La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Ces agrégats magnétiques sont soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement. L’étude de leur déformation permet d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques rarement étudiées à l’échelle tissulaire (tension de surface, loi puissance, non linéarité). La deuxième partie se concentre sur l'évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules. Nous l'avons testé avec des nano-architectures plus complexes: nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniquesIron oxide nanoparticles are promising candidates for applications in nanomedecine (contrast agents, vectors). They were also recently considered as a powerful tool for tissue engineering. Cells, magnetized through nanoparticules internalization, can be organized in space and time thanks to remote magnetic forces. For all those applications the nanoparticles fate inside the cells remains a key issue concerning the final clinical use. The first part of this work focuses on the study of the mechanical and rheological properties of biological tissue models, the multicellular aggregates. An original magnetic molding method and two different experimental setups were developed to produce aggregates with controlled shapes and sizes, to measure their surface tension and to evidence their power law and non linear behavior.In the second part, we investigate the medium term fate of iron oxide nanoparticles in stem cells forming a spheroid as a model tissue. We reveal a massive endosomal degradation. The set of methods and spheroid model we propose allow a comprehensive and quantitative follow up of the biodegradation of any nanomaterials. This was illustrated by investigating the degradation of nanomaterials with more complex nano-architectures (nanocubes, nanodimers) and assessing the efficiency of a protection strategy to modulate the biodegradation
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Hassar, Mohcine. "Influence des nano-charges de noir de carbone sur le comportement mécanique de matériaux composites : application au blindage électromagnétique." Phd thesis, Université de Technologie de Compiègne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00878994.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur l'influence des nano-charges conductrices de noir de carbone sur le comportement mécanique de matériaux composites, dans le but d'intégrer la fonction du blindage électromagnétique. Ces travaux ont traité, dans un premier temps, du problème pratique de la réalisation d'un tel composite et notamment, de la diffusion de la résine chargée lors de la mise en oeuvre par des procédés classiques par voie liquide (Infusion et RTM-Eco). La Première phase du travail est réalisé sur la résine chargée seule, dans le but de comprendre l'impact des nano-charges conductrices sur le comportement mécanique d'une résine thermodurcissable de type vinylester avant l'injection de cette résine dans la préforme. Finalement une partie est consacrée à la caractérisation de composite à résine nanochargée en termes d'efficacité de blindage électromagnétique dans une gamme de fréquence allant de 10 MHz à 6 GHz.
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Tang, Xingling. "Contribution à la simulation et à l'expérimentation des nanotubes de carbone avec prise en compte d'incertitudes." Thesis, Rouen, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAM0003/document.
Full textAbstract:
En raison des propriétés physiques, électriques, mécaniques et chimiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone(CNTs) sont considérés comme l'un des nanomatériaux les plus importants aujourd'hui. CNTs peuvent être classées comme des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNTs) ou des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNTs). La structure d'un SWCNT peut être vue comme une couche d’un atome de graphite de cylindres laminés. Les propriétés des SWCNTs sont fondamentales pour la recherche et pour de nombreuses applications en médecine, en électronique, en environnement, pollution... Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés mécaniques et électromécaniques des matériaux SWCNTs avec différentes morphologies. Nous avons étudié les propriétés élastiques des SWCNTs individuels en utilisant la méthode des éléments finis (FE). Nous avons montré que les modules élastiques de SWCNTs dépendent du diamètre, chiralité et la longueur. Les modules élastiques augmentent significativement selon les plus petites valeurs du rayon. Lorsque le rayon devient plus grand, tous les modules élastiques convergent vers une valeur constante asymptotique. En outre, les modules de zigzag et SWCNT chirales sont plus sensibles à la variation du rayon par rapport à SWCNT fauteuil. Nous avons testé le module élastique de SWCNT film mince par nanoindentation. Nous avons trouvé que le module d'Young E et la dureté H de SWCNT film mince sont séparément E= 192.831± 13.922 GPa, H=12.57719 ± 0.759 GPa. Nous avons élaboré un modèle par éléments finis qui représente le comportement des SWCNT film mince dans le processus de nanoindentation. Dans cette étude nous avons élaboré un modèle élasto-plastique pour décrire le comportement mécanique du matériau au cours de l'indentation. Ensuite, nous avons évalué les propriétés élasto-plastiques de SWCNT film mince par l’interaction de la simulation par éléments finis avec les données statistiques du test expérimental. Le modèle bilinéaire proposé approxime bien la performance de SWCNT film mince dans la nanoindentation. Finalement, nous avons étudié les propriétés électrostrictives du composite (P (VDF-TrFE) / SWCNT) à base de SWCNTs par la méthode des éléments finis. Les résultats numériques trouvés montrent que l'électrostriction du composite SWCNT / P (VDP-TrFE) est considérablement dépendant de la fraction volumique de SWCNT et du rapport des constantes diélectriques (SWCNT et P (VDP-TrFE)). Dans ce travail, nous avons constaté que les propriétés des CNTs obtenues théoriquement ou expérimentalement impliquent des inévitables incertitudes. Donc la prise en compte des incertitudes des propriétés des CNTs devient nécessaire. Pour l’analyse de ces incertitudes, nous avons appliqué la méthode de l'optimisation basée sur la fiabilité (RBO). Cette méthode est un outil efficace pour assurer la fiabilité des résultats expérimentaux et numériques dans le processus d'estimation du comportement élasto-plastique pour SWCNT film minceCarbon nanotubes (CNTs) as one of the most important nanomaterials today have been demonstrated a combination of exceptional physical, electrical, mechanical, and chemical properties, which have resulted in their great potential of industrial application in many fields. CNTs can be categorized as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The structure of a SWCNT can be viewed as one-atom-thick layer of graphite rolled cylinder. Well understand the property of SWCNTs is fundamental in the exploration of research and applications of CNTs based products.The present research is focus on evaluating the mechanical and electromechanical properties of SWCNTs materials with different material morphology. Under the hierarchical (or bottom-up) ideal, the elastic properties of the individual SWCNTs were studied by using Finite element (FE) method. Effects of the diameter, chirality and length on the elastic moduli of SWCNTs are discussed based on numerical calculations. Furthermore, the ultra-thin SWCNTs film (~200nm) is prepared by spin coating method. The elastic modulus of SWCNT thin film is estimated by nanoidentation test. Its elasto-plastic properties were then determined by FE simulation combined with the statistics constraints of the experimental results. The results showed that the mechanical performance of SWCNTs thin film during indentation can be approximately represented by a bilinear model. The mechanical parameters of SWCNTs thin film obtained by experiment and numerical calculation are : the Young’s modulus E=192.83± 13.922 Gpa, the tangent modulus Et ≈ 42GPa, and the yield stress Oy ≈ 8.4GPa, respectively. The electrostrictive properties of SWCl\lT- based composite (P(VDF-TrFE)/SWCNT) were also investigated by FE method. Numerical results show that the electrostriction of the SWCNT/P(VDP-TrFE) composite is greatly dependent on the volume fraction of SWCNT and the difference of dielectric constant between SWCNT and P (VDP-TrFE) copolymer. In this work, we found that the properties of CNTs obtained either by theory or by experiments involve inevitable uncertainty, and some are relatively large. Therefore, uncertainty analysis for the predicted properties of CNTs becomes necessary with the increasing product performance demands. The application of Reliability-Based Optimization (RBO) method in the process of elasto-plastic behavior estimation for SWCNT thin film indicates that RBO method should be an effective tool to ensure the reliability of experimental and numerical results
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Vicario, Gomez Iban. "Influence des nano-particules d’alumine (Al2O3) et de di-borure de titane (TiB2) sur la microstructure et les propriétés de l’alliage Al-Si9-Cu3-Fe1 pour des applications de fonderie à haute pression." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14420/document.
Full textAbstract:
Ce travail est dédié á l´étude de l´influence de nano-particules de alumina (Al2O3) et de di-borure de titane (TiB2) sur la solidification, la microstructure et les propriétés thermiques et mécaniques de l´alliage d´aluminium renforcés, Al-Si9Cu3Fe1. Les matériaux ont été obtenus par un procédé de fonderie à haute pression en coulant les alliages dans les mêmes conditions que les alliages non renforcés correspondants.On a constaté que les particules de Al2O3 et de TiB2 ont une influence directe sur les caractéristiques de l´alliage telles que la microstructure, la précipitation des phases pendant la solidification et les propriétés mécaniques et électriques. On a ainsi montré que les particules de Al2O3 et de TiB2 peuvent être utilisées pour ajuster les caractéristiques des alliages et obtenir des propriétés spécifiques pour des applications dans les secteurs de matériaux légersThe work has been focused on the study of the influence of TiB2 and Al2O3 nano-particles (up to 1 wt. %) on the properties and physical features of an aluminium casting alloy, Al-Si9Cu3Fe1.Samples have been obtained through the High Pressure Die Casting (HPDC) process and compared with unreinforced samples obtained at the same conditions. It has been observed that the Al2O3 and TiB2 particles have a direct influence on several features of the alloy such as the microstructure and precipitating phases as well as in the improvement of the soundness and mechanical and electrical properties. Al2O3 and TiB2 particles can be used to tailor the properties of the alloy and to match the specifications of light weight applications
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Khammassi, Sabrine. "Nanotechnology and bonded joints : an investigation of the mechanical performance of an adhesive doped with nanofillers." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0021.
Full textAbstract:
Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus demandée aujourd’hui dans beaucoup de domaines comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, l’industrie navale et ferroviaire. La qualité d’un adhésif est un important paramètre pour garantir la fiabilité et la durabilité d’un assemblage collé. On sait qu’une fausse conception d’un joint collé, un mauvais choix d’adhésif ou même un traitement de surface mal réalisé pourra avoir des conséquences spectaculaires voire dramatiques. En termes de performance, l'ajout de nanoparticules à base de carbone à l'adhésif peut contribuer à améliorer les performances des assemblages collés. Dans cette étude, des adhésifs renforcés par trois types de nanacharges sont développés. En effet, l'adhésif DGEBA a été renforcé avec des nanotubes de carbone (CNT), des nanoplaquettes de graphène (GNP) et du noir de carbone (CB) avec différentes fractions massiques (1wt.%, 2wt.% et 5wt.%). L'objectif global est l'étude de l'influence du type, de la fraction massique et des dimensions des nanocharges sur le comportement mécanique de la colle et de l’assemblage collé. Les résultats ont montré que chaque type d'adhésif renforcé par des nanocharges possède un bon potentiel en termes de comportement mécanique sous des sollicitations statiques et dynamiques. Cependant, la présence d'une fraction massique élevée de nanoparticules a tendance à entraîner une dégradation par rapport à l'adhésif pur en raison du changement de morphologie de la microstructure et des interactions physico-chimiques. Et afin de quantifier la résistance à l’endommagement de l’adhésif dopé par des nanocharges et démontrer la compatibilité de l'adhésion avec divers substrats, des essais DCB et ENF ont étaient réalisés sur des assemblages Aluminium/aluminium et Composite/composite. De plus, des modèles numériques avec prise en compte de l’endommagement de la colle dopée ont été développés et validés avec les résultats expérimentaux. Cette étude démontre que le type, la fraction massique, la taille et la forme des nanocharges jouent un rôle important dans l'amélioration des performances des assemblages collésAdhesively bonded joint is a joining technique that is increasingly in a request today in many fields such as the automotive, aerospace, and naval. The adhesive selection is an important parameter to guarantee the reliability and durability of an adhesively bonded joint. It is well known that the wrong design of a bonded joint, the wrong choice of adhesive, or even a poorly executed surface treatment can have dramatic consequences. In terms of performance, the incorporation of carbon-based nanoparticles into the adhesive improves the performance of bonded joints. In this study, DGEBA adhesive doped by three kinds of nanofillers is established. Indeed, the adhesive has been doped with carbon nanotubes (CNT), graphene nanoplatelets (GNP), and carbon black (CB) with different mass fractions (1wt.%, 2wt.%, and 5wt.%). The overall objective is to study the influence of the type, mass fraction, and dimensions of the nanofillers on the mechanical behavior of the adhesive and the bonded joint. The results showed that each type of adhesive reinforced with nanofillers has a good potential in terms of mechanical behavior under static and dynamic loadings. However, the presence of a high mass fraction of nanoparticles tends to lead to degradation compared to the neat adhesive due to the transformation in microstructure morphology and physicochemical interactions. In addition, to quantify the damage resistance of the nanofiller-doped adhesive and demonstrate the adhesion compatibility with various kinds of substrates; DCB and ENF tests were performed on aluminum/aluminum and composite/composite bonded joints. Besides, numerical models taking into account the damage of the doped adhesive were developed and validated with the experimental results. This study demonstrates that the type, mass fraction, size, and shape of nanofillers play an important role in improving the performance of the adhesively bonded joints
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Fedosse, Zornio Clarice. "Ionic liquids as multifuncional additives for poly(methyl methacrylate)-based materials." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI041/document.
Full textAbstract:
La vaste gamme de combinaisons possibles de cations et anions, ainsi que les excellentes propriétés intrinsèques des liquides ioniques (LIs) peuvent être considérées comme les principaux facteurs qui ont conduit au développement d’une recherche utilisant des LIs comme additifs des matériaux polymère. Ainsi, l'objectif principal de ce travail est d'explorer le rôle de la nature du cation et/ou du anion du LI sur les propriétés des matériaux basées de poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA). Dans une première partie, des LIs de type imidazolium et ammonium ont été incorporés au PMMA et des caractérisations morphologiques et structurales ont été effectuées afin de comprendre leur impact sur les propriétés thermiques, viscoélastiques et mécaniques des matériaux résultants. Dans la section suivante, la capacité de ces LIs à base d'imidazolium et d'ammonium en tant qu’agents interfaciaux à la surface de la silice a été évaluée. Sub-micro et nanoparticules de silice, ainsi que les LIs, ont été incorporées dans une matrice de PMMA afin de préparer des composites. L'amélioration des propriétés des matériaux ont été discutées en fonction du degré auquel chaque LI influence la compatibilité entre les particules et la matrice polymère. De plus, ces composites ont été exposés au dioxyde de carbone en état supercritique (scCO2) pour utiliser celui-ci comme agent moussant et ainsi produire des matériaux expansés. Le rôle du LI et des particules de silice pour structurer les matériaux expansés a été analysé. Dans la dernière partie de cette étude, le scCO2 est utilisé comme milieu de réaction pour la modification chimique par greffage de la surface des nanoparticules de silice par des LIs de type imidazolium, contenant également des groupes hydrolysables et différentes chaînes alkyles. Le rôle de la pression et la quantité de LI ajoutées au milieu de réaction, ainsi que la longueur de la chaîne alkyle des LIs se sont avérées essentielles pour contrôler le degré de fonctionnalisation des nanoparticules. Enfin, ces nanoparticules modifiées ont été incorporées dans une matrice PMMA. Des analyses de morphologie ont été utilisées pour évaluer la dispersion des particules dans la matrice et les propriétés physico-chimiques de ces matériaux ont été également étudiéesThe large array of cation/anion combinations, and the excellent intrinsic properties of ionic liquids (ILs) open a large range of possibilities in their use as additives to polymer materials. Thus, the main objective of this work is to explore the role of both the cation and anion of a series of ILs on the properties of poly(methyl methacrylate) (PMMA)-based materials. In a first approach, low amounts of imidazolium and ammonium-based ILs were incorporated as additives to PMMA in the molten state. Morphological and structural characterizations were developed in order to understand the impact of the presence of such ILs on the thermal and mechanical properties of the resulting materials. Then, in the following section, the ability of the same imidazolium and ammonium-based ILs as physical modifiers of silica surface was evaluated. In such an approach, ILs were supposed to act as interfacial agents. Sub-micron and nanosize silica particles were used to prepare PMMA composites. Thus, the extents of each IL improve the interfacial interaction between PMMA and silica particles were discussed. In addition, supercritical carbon dioxide (scCO2) was used as foaming agent to produce foamed PMMA-based composites. In such a case, the combined effect of the presence of ILs and silica particles was analyzed regarding the morphology of the foamed structures. In the last section, scCO2 was used as reaction medium, in an environmental friendly approach, to chemically modify silica nanoparticles using a series of imidazolium IL-functionalized silanes (with different alkyl chain lengths). Thermogravimetric analysis (TGA) was used to highlight the effect of the working pressure and the content of such ILs in the reaction medium. The effect of the alkyl chain length on the grafting density of the resulting nanoparticles was also discussed. Finally, novel PMMA-based nanocomposites were prepared by the incorporation of such grafted nanoparticles. Transmission electron microscopy (TEM) and small-angle neutron scattering (SANS) analyses were used to evaluate the state of dispersion of the particles into the polymer matrix. Moreover, the thermal, rheological and mechanical properties of the materials were studied
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Blivi, Adoté Sitou. "Effet de taille dans les polymères nano-renforcés : caractérisation multi-échelles et modélisation." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2431/document.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce document vise à mettre en évidence et à comprendre l'effet de la taille nanométrique des renforts sur les propriétés des nanocomposites avec une approche expérimentale. Des nanocomposites de PMMA et particules de silice (15nm, 25nm, 60nm, 150nm et 500nm) de fractions volumiques 2 0/0, 40/0 et 6 0/0 ont été fabriqués. Des analyses multi-échelles (MET et DRX-WAXS) ont montré que les paramètres caractéristiques de la microstructure des nanocomposites varient avec la taille des nanoparticules. En effet, la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante a entrainé une diminution de la distance intermoléculaire. Cette diminution a induit une densification de la matrice et une réduction de la mobilité des chaînes de la matrice. Des essais mécaniques (traction, DMA) ont montré que les modules de Young (E) et de conservation (E') des nanocomposites augmentent avec la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante. Et que l'augmentation de E' est conservée avec l'augmentation de la température. Une augmentation des températures de transition vitreuse (Tg) et de dégradation (Td) a également été observée avec les essais DSC, DMA et ATG. Le modèle de la borne inférieure d'Hashin-Shtrikman étendue aux nanocomposites à renforts sphériques proposé par Brisard a été utilisé. La modélisation des modules élastiques des nanocomposites a montré que pour reproduire les données expérimentales, il faut que d'une part que les modules surfaciques caractérisant l'interface soient dépendants de la taille des nanoparticules. Et d'autre part, tenir compte de l'état de dispersion des nanoparticulesThe work presented in this paper aims to highlight and to understand the size effect of nano-reinforcements on nanocomposite properties With an experimental approach. Nanocomposites of PMMA and silica particles With different sizes (15nm, 25nm, 60nm, 150nm and 500nm) and volume fractions (20/0, 4 0/0 and 60/0) were manufactured. Multiscale analysis (MET and DRX-WAXS) have shown that the characteristic parameters of the microstructure of nanocomposites vary With the size of the nanoparticles. Indeed, the decrease in the size of nanoparticles at a given volume fraction implies a decrease of the intermolecular distance. This decrease has induced a densification of the matrix and a decrease of the matrix chain mobility. Mechanical tests (tensile, DMA) have shown that the young (E) and the conservation (E') moduli of the nanocomposites increase With the decrease in the size of the nanoparticles With a constant volume fraction. And the increase of E l is kept when temperature growing. An increase in glass transition (Tg) and degradation temperature (Td) was also observed With the DSC, DMA and ATG tests. Experimental elastic properties of the nanocomposites were used to assess the relevance of size effect micromechanical models, particularly the Hashin-Shtrikman bounds With interface effects proposed by Brisard. The modeling has shown that to reproduce the experimental elastic moduli of nanocomposites, the elastic coefficients of the interface must be dependents on particle sizes. And the state of dispersion of particles must be taken into account
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Puech, Nicolas. "Structure et propriétés rhéologiques de réseaux transitoires chargés par des nanoparticules de silice." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20153.
Full textAbstract:
Nous avons étudié les propriétés structurales et rhéologiques de gels viscoélastiques de réseaux transitoires connectés et chargés par des nanoparticules de silice. Trois matrices viscoélastiques ont été préparées : deux microémulsions connectées possédant des gouttelettes de taille différente (30 et 100 Å) et un gel aqueux de copolymère tribloc. Les deux techniques de caractérisation employées sont la rhéologie et la diffusion de neutrons aux petits angles, ce qui nous a permis de relier les propriétés rhéologiques à la structure de ces réseaux chargés. Le facteur de renforcement rhéologique de ces gels est supérieur aux prévisions de Smallwood et d'Einstein appliquées respectivement aux élastomères et aux solutions colloïdales diluées. D'autre part, l'investigation de la structure menée par diffusion de neutrons aux petits angles montre des particules de silice bien dispersées dans la matrice. De plus, une couche de tensioactifs décore la surface de la silice dans le cas des microémulsions. Cette structure conduit à une augmentation du nombre de liens actifs par unité de volume en présence de nanoparticules. Ce résultat permet de comprendre l'amélioration des propriétés rhéologiques des réseaux chargésStructural and rheological properties of viscoelastic fluids - transient networks filled with silica nanoparticles - have been studied. Three different viscoelastic matrices have been prepared: two connected and filled microemulsion networks with different droplet sizes (30 and 100 Å) and an aqueous telechelic tribloc copolymer gel. The two characterisation techniques, rheology and small angles neutron scattering allow us to link the rheological properties to the structure of this filled matrix. The rheological reinforcement factor of the gel is greater than the theorical predictions by Smallwood and Einstein, which apply to elastomers and dilute colloidal solutions. The structure measured by small angles neutron scattering proves that silica nanoparticles are well dispersed in the viscoelastic medium. A surfactant layer appears to be absorbed on the hydrophilic surface in the microemulsion case. This phenomenon leads to an increase of the number of active links per unit volume upon addition of silica nanoparticles. Macroscopically, this increase allows us to understand the shift of the percolation thresholds
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Puech, Nicolas. "Structures et propriétés rhéologiques de réseaux transitoires chargés par des nanoparticules de silice." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353271.
Full textAbstract:
Nous avons étudié les propriétés structurales et rhéologiques de gels viscoélastiques de réseaux transitoires connectés et chargés par des nanoparticules de silice. Trois matrices viscoélastiques ont été préparées : deux microémulsions connectées possédant des gouttelettes de taille différente (30 et 100 Å) et un gel aqueux de copolymère tribloc. Les deux techniques de caractérisation employées sont la rhéologie et la diffusion de neutrons aux petits angles, ce qui nous a permis de relier les propriétés rhéologiques à la structure de ces réseaux chargés. Le facteur de renforcement rhéologique de ces gels est supérieur aux prévisions de Smallwood et d'Einstein appliquées respectivement aux élastomères et aux solutions colloïdales diluées. D'autre part, l'investigation de la structure menée par diffusion de neutrons aux petits angles montre des particules de silice bien dispersées dans la matrice. Une couche de tensioactifs est absorbée sur la surface de la silice dans le cas des microémulsions. Ce mécanisme mène à une augmentation du nombre de liens actifs par unité de volume en présence de nanoparticules. Macroscopiquement, cette augmentation permet d'expliquer le décalage du seuil de percolation.
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Nagle, Irène. "Magnetic approaches for tissue mechanics and engineering of the skeletal muscle." Electronic Thesis or Diss., Université Paris Cité, 2023. http://www.theses.fr/2023UNIP7079.
Full textAbstract:
La thèse est centrée sur les propriétés mécaniques macroscopiques de tissus modèles. L'incorporation de nanoparticules super-paramagnétiques (maghémite) au cœur des cellules permet à la fois leur manipulation à distance pour créer des agrégats multicellulaires de forme contrôlée et l'application de forces pour mesurer leurs propriétés mécaniques ou induire leur organisation. Les cellules modèles choisies sont des précurseurs de muscle de souris (C2C12), pour une application directe à la mécanique et à l'ingénierie du muscle squelettique. Les déformations des agrégats formés magnétiquement et soumis par la suite à un gradient de champ magnétique permettent de mesurer leurs propriétés mécaniques macroscopiques (tension de surface, module d'Young). Nous avons ainsi pu étudier l'interaction entre les propriétés de la cellule individuelle (adhésions intercellulaires, structure et tension de l'actine) et les propriétés mécaniques à l'échelle du tissu, mettant notamment en évidence l'importance de la désorganisation de la desmine pour la rigidité et la tension de surface macroscopique. En utilisant des cellules exprimant une desmine mutée (mutation ponctuelle présente chez des patients souffrant de desminopathie), nous avons souligné le rôle fondamental de l'architecture du réseau de filament intermédiaire dans ce tissu modèle 3D. Les forces magnétiques ont ensuite été utilisées pour aider la différenciation en cellules musculaires en favorisant leur alignement et en permettant leur stimulation mécanique. Pour ce faire, nous avons développé un étireur magnétique qui étire des agrégats multicellulaires de cellules précurseurs de muscles placées entre deux aimants mobiles et favorise leur différenciation en cellules musculaires alignées. Ce dispositif représente un outil innovant pour étudier les déformations cellulaires sous étirement et la différenciation musculaireThe thesis is focused on the macroscopic mechanical properties of tissue models. The incorporation of superparamagnetic nanoparticles (maghemite) into the cells enables both their manipulation at distance to create multicellular aggregates of controlled shape and the application of forces to measure their mechanical properties or induce their organization. The cellular model chosen is a mouse muscle precursor cell line (C2C12), for a direct application to tissue mechanics and tissue engineering of the skeletal muscle. The deformations of the aggregate formed magnetically and then submitted to a magnetic field gradient enable to measure its macroscopic mechanical properties (surface tension, Young's modulus). We could therefore look at the interplay between the individual cell properties (cell-cell adhesions, actin structure and tension) and the mechanical properties at the tissue scale revealing the importance of desmin disorganization in macroscopic rigidity and surface tension. By using desmin-mutated muscle precursor cells (point mutations involved in desminopathies), we enhanced the fundamental role of the intermediate filament network architecture in this 3D tissue model. Magnetic forces were then used to promote differentiation into muscular cells by first reproducing their alignment and secondly mechanically stimulating them. To that end, we developed a magnetic stretcher to stretch multicellular aggregates of muscle precursor cells trapped between two mobile magnets and induce their differentiation into aligned muscular cells. This magnetic stretcher represents a new tool to study cell deformation under stretching and muscle cell differentiation
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Feltrin, Emeline. "Surfaces PDMS structurées et/ou décorées par des nanoparticules : vers des propriétés optiques et de mouillage modulables." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR15207/document.
Full textAbstract:
Le potentiel du polydiméthylsiloxane (PDMS), élastomère transparent et déformable réversiblement en temps réel, est mis en avant dans ce travail comme substrat fonctionnel dans le domaine de l’optique et du mouillage. Dans une première partie, nous avons développé des surfaces de PDMS ridées à l’aide d’instabilités de flambage, de longueurs d’onde (λ) et d’amplitude (A) variables et contrôlées, puis nous avons organisé sélectivement des nano-objets sur cette texturation de surface avec afin d’en moduler la physico-chimie. Dans une seconde partie, la génération, in situ, de nano-plots/nanoparticules d’or et d’argent à la surface de verre et de PDMS a été étudiée et caractérisée d’un point de vue optiqueThe polydimethylsiloxane (PDMS), a transparent and stretchable elastomer, is put forward in this work as a functional substrate in the field of optics and wetting. In the first part, we have developed wrinkled PDMS surfaces via controlled buckling instabilities. We were able to tune both the wavelength (λ) and the amplitude (A) of the structuration on a large length scale. We have then selectively organized some nanoparticles the textured surfaces in order to modulate its physical-chemistry. In the second part, in situ generation of gold and silver nanoparticles/plots has been developed and studied both on glass PDMS surfaces and subsequently characterized optically
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Bel, Haj Salah Selim. "Plasticité des nanoparticules métalliques cubiques à faces centrées." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0004/document.
Full textAbstract:
Lorsque leurs dimensions deviennent nanométriques, les matériaux présentent généralement des propriétés bien différentes de celles mesurées aux échelles supérieures. Ainsi, concernant les propriétés mécaniques, il est, par exemple, souvent fait état d’une résistance accrue à la déformation plastique. Toutefois, une majorité des travaux dans ce domaine concerne des systèmes à une dimension, tels que les nanofils et les nanopiliers. Nos connaissances des propriétés mécaniques d’un autre type de système ’nano’, à savoir les nanoparticules, restent actuellement limitées, ce qui est surprenant en regard de leur immense champ d’applications.Les travaux ici présentés portent sur les propriétés mécaniques de nanoparticules sphériques de matériaux métalliques de structure cubique à faces centrées (aluminium, nickel, cuivre). Ils ont été conduits à l’aide de simulations de dynamique moléculaire de compression uniaxiale.Ces dernières permettent d’analyser finement les mécanismes de plasticité à l’échelle atomique.Deux axes principaux d’étude ont été retenus : l’influence de la taille des nanoparticules et géométrie de la surface de contact dans la gamme de taille étudiée (4-80 nm) lors des premiers stades de déformation plastique. Nous montrons ainsi que cette dernière influe sur la limite d’élasticité, ainsi que sur le mode de déformation plastique, tel que le maclageWhen characteristic dimensions decrease to nanometer, materials often exhibit different properties than those measured at higher scales. So, in terms of mechanical properties,increased resistance to plastic deformation is often reported. However, most research works in this domain focused on one dimensional systems like nanowires and nanopilars. Our knowledge concerning mechanical properties for another type of ’nano’ system, nanoparticles, are in fact much more limited. This is surprising, since they can be used in immense field of applications.The work presented here deals with the mechanical properties of spherical nanoparticles of face centered cubic metallic materials (aluminium, nickel, copper). They were conducted using molecular dynamics simulations under uniaxial compression. These last ones allow to analyze finely the mechanisms of plasticity at the atomic scale. Two main areas of study were selected :the influence of nanoparticle size and the orientation of the compression axis. Our results highlight the predominant role of contact surface geometry in the size range studied (4-80 nm) during the early stages of plastic deformation. We thus show that the latter influences the yield strength, as well as the plastic deformation mode, such as smearing
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Fiorentino, Brice. "Orientation cristalline de la matrice résultant de la déformation et des charges lamellaires dans des nanocomposites thermoplastiques." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10241.
Full textAbstract:
Cette étude s’inscrit dans le projet ANR Blanc COPIN qui a pour but de développer et de comprendre les nanocomposites à partir de nanoparticules inorganiques mélangées à un polymère semi-cristallin. L’innovation du partenaire du projet, Imerys, a été de synthétiser des particules de talcs à l’échelle nanométrique. Le talc étant connu pour ces effets nucléants, l’objectif est d’utiliser ces nanoparticules pour voir leur influence sur un matériau semi-cristallin et plus spécifiquement sur la cristallisation de ce dernier lorsqu’elles sont orientées. Différents talcs synthétiques ont été étudiés changeant au niveau de leur durée de synthèse ou encore de leur modification de surface. Pour cela, la première partie de cette étude a été de disperser le talc en utilisant ou non des modifications chimiques de surface ainsi que des compatibilisants afin d’obtenir le meilleur état de dispersion et de distribution des particules. Ces continuums d’interactions ainsi créés montrent une nette amélioration de l’état de dispersion mais aussi l’amélioration des propriétés telles que la tenue en température. Les parties suivantes ont concernées plus spécifiquement la cristallisation en convoitant d’expliquer comment les nanoparticules peuvent s’orienter lors de l’écoulement tel que le cisaillement, comment elles génèrent une orientation cristalline spécifique du à leur effet nucléant, quel est le mécanisme prépondérant de la cristallisation entre la nucléation par l’orientation de macromolécules ou la nucléation provenant des nanoparticules. Il a aussi été question de déterminer les morphologies cristallines des nanocomposites lors du cisaillementThis study is part of the ANR Blanc COPIN which aim is to develop and understand the nanocomposites from inorganic nanoparticles mixed with a semi-crystalline polymer. The innovation of the project partner, Imerys, was to synthesized talc particles at the nanoscale. Talc is known for his nucleating effects and the goal is to use these nanoparticles to see their influence on a semi-crystalline material. Several synthetic talcs were employed differing from the synthesis time and chemical surface modifications. For this, the first part of this study was to disperse the talc using or not chemical modifications of surfaces as well as compatibilizers to obtained the best dispersion state and particles distribution. These continuums interaction created show a real improvement in the dispersion but also of properties such as heat resistance. The following parties concerned more specifically the crystallization trying to explain how nanoparticles can be oriented during shear flow, what is the leverage of these talcs on the crystallization when it was oriented, how they generate a specific crystal orientation coming from their nucleating effect, which is the predominant mechanism of crystallization nucleation between the macromolecules orientations or the nucleation of nanoparticles. It was also a question of determining the resulting crystal morphologies
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Avice, Jérémy. "Etudes des propriétés physico-chimiques de revêtements sol-gel par spectroscopie, optoacoustique et endommagement laser." Thesis, Le Mans, 2018. http://www.theses.fr/2018LEMA1028.
Full textAbstract:
Dans le cadre du projet simulation, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA) vise à reproduire les conditions de pression et de température d'une fusion thermonucléaire avec le laser Mégajoule (LMJ). Certains composants optiques du LMJ, en particulier certaines lentilles de focalisation, sont revêtus d'une couche antireflet (AR) réalisée par un procédé sol-gel. Ces films sont composés de nanoparticules de silice de 10 nm de diamètre avec 55% de porosité. Pour augmenter la résistance mécanique de ces couches, les films sont exposés aux vapeurs d’eau et d'ammoniac pendant un post-procédé. Ce post-traitement crée des liaisons covalentes entre les nanoparticules de silice et renforce ainsi le film colloïdal. Afin de donner toutes les qualités d’un revêtement optique, outre les propriétés optiques clefs, nous nous sommes donnés comme objectif de comprendre la stabilité mécanique de ces nanomatériaux. En particulier, nous avons souhaité, dans le cadre de cette thèse, avoir une meilleure compréhension du procédé de durcissement ammoniac et pour cela nous avons entrepris une étude complète des paramètres physiques et chimique qui gouvernent l’élasticité de cet assemblage de nanoparticules. Dans un second temps, nous avons mis en évidence l’apparition d’un faïençage de surface provoquant de la diffusion optique et une diminution du renforcement mécanique durant le post-procédé. Dans le but de minimiser, voire supprimer ces fissurations de surface, nous avons réalisé une étude paramétrique pour dégager les éléments responsables de ce faïençageWithin the framework of the simulation project, the Atomic Energy Commission (CEA) aims to reproduce the pressure and temperature conditions of a thermonuclear fusion with the Megajoule laser (LMJ). Some of the optical components of the LMJ, in particular some focusing lenses, are coated with an antireflective (AR) layer made by a sol-gel process. These films are composed of silica nanoparticles 10 nm in diameter with 55% porosity. To increase the mechanical strength of these layers, the films are exposed to water and ammonia vapors during a post-process. This post-treatment creates covalent bonds between the silica nanoparticles and thus strengthens the colloidal film. In order to give all the qualities of an optical coating, besides the key optical properties, we have set ourselves the objective of understanding the mechanical stability of these nanomaterials. In particular, we wanted, in the context of this thesis, to have a better understanding of the ammonia hardening process and for that we undertook a complete study of the physical and chemical parameters that govern the elasticity of this assembly of nanoparticles. In a second step, we highlighted the appearance of surface cracking causing optical diffusion and a decrease in mechanical reinforcement during the post-process. In order to minimize or even eliminate these surface cracks, we performed a parametric study to identify the elements responsible for this cracking
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Casimirius, Stéphane. "Croissance localisée de nanotubes de carbone aux échelles micrométrique et nanométrique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00136052.
Full textAbstract:
La réalisation de dispositifs nanotechnologiques comportant des nanotubes de carbone (NTC) repose essentiellement sur l'intégration contrôlée des NTC sur substrat. Nous avons développé cette thématique en choisissant, plutôt que la manipulation de NTC synthétisés, l'approche de la croissance localisée de NTC par dépôt chimique catalytique en phase vapeur (CCVD) sous mélange de gaz H2-CH4. Nos travaux nous ont permis de synthétiser sélectivement des NTC à partir de sites catalytiques définis, sur des substrats de silicium. Notre étude a porté sur la synthèse de NTC à partir de dépôts de nanoparticules (NP) catalytiques de cobalt préparées selon trois voies distinctes : formation in situ de NP sur support oxyde par réduction sélective de la solution solide Mg0,95Co0,05O préparée par voie sol-gel ; NP de Co préformées par voie chimique, déposées directement sur un substrat SiO2/Si ; NP formées par le recuit de couche mince métallique Co également déposée sur substrat SiO2/Si. Nous avons démontré que la CCVD sous CH4 pur ou sous mélange H2-CH4, avec montée en température sous gaz inerte, aboutit à la formation de NTC dès 850°C, à partir de dépôts catalytiques non structurés. En particulier, le choix du système catalytique adéquat permet (1) de produire des films denses de NTC (environ 1 NTC/µm²) ; (2) de favoriser la formation de NTC mono- ou biparois, dont le diamètre est généralement compris entre 0,8 et 4 nm, et la longueur de l'ordre de quelques dizaines de µm. Des techniques de structuration ont été développées dans le but de localiser les dépôts de NP catalytiques. Le tamponnage (technique de lithographie molle) d'un précurseur catalytique liquide (sol ou suspension de NP Co) à l'aide d'un timbre apparaît comme une technique adéquate pour la production de motifs catalytiques micrométriques (1 - 100 µm). En revanche, la lithographie électronique associée au dépôt en couche mince (lift-off) demeure l'outil privilégié pour localiser des motifs catalytiques de dimensi ons nanométriques (jusqu'à 50 nm) par rapport aux structures prédéfinies du substrat de silicium. Nos travaux démontrent l'adéquation de la croissance localisée pour la production de motifs de NTC avec un certain contrôle de la densité surfacique des NTC, compatible avec la formation d'interconnexions entre motifs voisins. La dimension ultime des motifs produits varie entre 50 nm et 100 µm, selon la nature du catalyseur et de la technique de structuration employée. Notre étude ne met pas en évidence l'influence nette de l'organisation des motifs catalytiques sur l'orientation des NTC, qui reste majoritairement aléatoire à la surface des substrats SiO2/Si, et ce quelle que soit la nature du catalyseur mis en Suvre.
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Bachelier, Guillaume. "Propriétés optiques de nano-structures métalliques et semi-conductrices." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008229.
Full textAbstract:
La spectrométrie Raman, mettant en jeu des phonons de longueur d'onde nanométrique, est une technique de choix pour l'étude des nanostructures. Elle met en évidence les effets de localisation ou de mélange des états électroniques. La cohérence spatiale des modes de vibration, à l'origine du phénomène d'interférence Raman, permet quant à elle de sonder de la structuration spatiale de la matière, tant d'un point de vue électronique qu'acoustique, ouvrant ainsi la voie vers des dispositifs de caractérisation intégrés. La spécificité de l'approche développée dans ce manuscrit réside dans la comparaison entre mesures et calculs de la section efficace de diffusion Raman. Elle apporte une compréhension quantitative des fréquences mais aussi des intensités des pics mesurés. Ainsi, cette démarche a permis d'identifier un nouveau mécanisme de couplage phonon-plasmon qui s'est avéré être le mécanisme dominant la diffusion Raman basses fréquences dans les nano-particules métalliques.
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Issa, Inas. "In situ TEM nanocompression and mechanical analysis of ceramic nanoparticles." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI008/document.
Full textAbstract:
Dans cette étude, nous proposons d’utiliser la compression in situ dans le MET afin de caractériser les propriétés mécaniques de nanoparticules céramiques dont la taille caractéristique est de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres. Nous appliquerons cette méthode à des nanocubes monocristallins de MgO, une céramique modèle dont la plasticité est bien connue dans le matériau massif. Les essais de nanocompression montrent que les nanocubes de MgO se déforment de façon homogène jusqu’à de grandes déformations (>50%) sans fissure apparente. L’analyse des résultats est assistée par des méthodes de corrélation d’images numériques et simulations de type dynamique moléculaire. Le mécanisme de déformation et l'effet de taille sur la limite élastique sont identifiés. Dans une deuxième partie de la thèse, nous présentons une étude sur des nanoparticules d’alumine de transition compactée en CED (Cellule à Enclumes en Diamant) à température ambiante, sous plusieurs pressions (5 GPa, 15 GPa et 20 GPa). Des lames minces préparées par FIB ont été étudiées en MET. Des images HRTEM montrent une texture cristallographique qui devient plus importante à des pressions plus élevées. Une orientation cristallographique préférentielle est observée, avec les plans {220} de la phase gamma de l’alumine la plupart du temps parallèles à la surface de contact avec une particule voisine. Ce comportement mécanique est cohérent avec un système de glissement, connu pour les structures spinelles. Une corrélation de ce comportement avec les tests in situ MET réalisés sur des nanoparticules similaires, par Emilie Calvié lors de sa thèse, est présentée. Enfin, des clichés de diffraction de type Debye Scherrer sont réalisés sur ces lames minces de nanoparticules d’alumine de transition compactées en CED à différentes pressions. L’analyse quantitative de ces clichés montre une transformation de phase de ces nanoparticules d’alumine de phase gamma en phase delta, de manière croissante avec la pressionIn this study, we propose an innovative mechanical observation protocol of ceramics nanoparticles in the 100nm size range. This Protocol consists of in situ TEM nanocompression tests of isolated nanoparticles. Load–real displacements curves, obtained by Digital Image Correlation, are analyzed and these analyses are correlated with Molecular Dynamics simulations. By this protocol a constitutive law with its mechanical parameters (Young modulus, Yield stress...) of the studied material at the nano-scale can be obtained. In situ TEM nano-compression tests on magnesium oxide nanocubes are performed. Magnesium oxide is a model material and its plasticity is very well known at bulk. The MgO nanocubes show large plastic deformation, more than 50% of plastic strain without any fracture. The TEM results are correlated to MD simulations and the deformation mechanism can be identified.The size effect and the electron beam effect on the yield strength are investigated. In a second part of the dissertation, we present a study on transition alumina nanoparticles compacted in a Diamond Anvil Cell at different uniaxial pressures. Thin Foils of these compacted nanoparticles are prepared by FIB for HRTEM Observations. Their analysis reveals the plastic deformation of the nanoparticles. The crystallographic texture observed inthese compacted nanoparticles in DAC shows a preferred orientation of the {110} lattice planes, orientated perpendicular to the compression direction. This is compatible with the slip system. This argument was reinforced with a preferred orientation of slip bands observed during in situ TEM nano-compression tests. Moreover, electron diffraction patterns (Debye Scherrer) analysis on these compacted transition alumina nanoparticles reveals the decrease of the presence of gamma-alumina and the increase of delta-alumina with increasing pressure. This reveals the phase transformation with increasing pressure from gamma to delta* alumina
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Hamdi, Khalil. "Fonctionnalisation de matériaux composites à renfort carbone et matrice thermoplastique par adjonction de nanocharges : élaboration et étude du comportement." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2388/document.
Full textAbstract:
Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d’endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d’endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés coususTo extend the use of composites in more varied application (smart applications, multifunctional issues), one of the actual barrier is their poor electrical and thermal conductivities. In the case of carbon fiber reinforced composites, organic matrix are in charge of the insulating properties of the resulting composite. One of the solutions to enhance conductivities of materials is the use of conductive nanofillers. Improving the electrical and thermal properties of nanofilled polymers has been investigated in several studies. However, studiing the properties of continuous carbon fiber nano-filled composites is less approached. This work tends to fabricate and characterize carbon black and carbon nanotubes nano-filled composites. First of all, special interest was given to the delicate phase of manufacturing. As mentioned before, processing continuous fiber reinforced nanofilled polymers implies issues related to nanofillers agglomeration and inhomogeneous dispersion in the final composite. To resolve these problems, the choice of the thermoplastic (Polyamide6) matrix seemed preferable. In fact, the dispersion of nanofillers was made by twin screw extrusion which is known as one of the most effective agglomeration separation ways. Adding to this, the fabrication method based on Polyamide 6 shects called film stacking, ensure a homogeneous partition at the beginning of the process. SEM observations were performed to localize the nano-particles. It showed that particles penetrated on the fiber zone. In fact, by reaching the fiber zone, the nano-fillers created network connectivity between fibers which means an easy pathway for the current. It explains the noticed improvement of the electrical conductivity of the composites by adding carbon black and carbon nanotube. This test was performed with the 4 points electrical circuit. It shows that electrical conductivity of 'neat' matrix composite passed from 20S/cm to 80S/cm by adding 8wt% of carbon black and to 15S/cm by adding 18wt% of the same nano-filler. For carbon nanotubes, with '2.5wt% the conductivity was around 150S/cm. For the thermal properties, tests based on Joule's effect were performed. The rise of temperature was recorded using IR camera. Results obtained are in agreement with the electrical conductivity ones, showing enhancement of the thermal behavior in presence of nanofillers. Thanks to these results, the use of these composites as a damage-monitoring tool was possible. By the way, the electrical resistance change method was performed. Nanofilled materials showed better sensitivity to damage. Results were compared with classical damage monitoring tools. At the end, several 'smart' applications were tested such as graded functionalities composite and stitched nanofilled materials
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Berthier, Daphné. "Développement, caractérisation et modélisation d'un nanocomposite haute température de type élastomère chargé pour application aéronautique." Thesis, Tours, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUR4026.
Full textAbstract:
Dans le cadre d'applications aéronautiques, les élastomères sont généralement sujets à de sévères sollicitations cycliques, mécaniques et thermiques. Ces travaux de thèse s’intègrent dans un projet de recherche globale d’amélioration des performances des élastomères. L’objectif est d’atteindre des durées de vie les plus longues possibles en termes de tenue thermomécanique. Ce besoin se justifie par le développement de moteurs toujours plus puissants et par conséquent susceptibles de générer des températures plus hautes afin de limiter le remplacement des pièces. Les fluoroélastomères sont des matrices largement utilisées pour des applications en température. Dans ces travaux, des nanoparticules sélectionnées pour leur impact connu sur les propriétés thermiques sont intégrées dans une matrice FKM. L’objectif est d’améliorer les tenues thermique et mécanique des nanocomposites ainsi obtenues. Deux types de nanocomposites ont été développés : FKM/POSS et FKM/CNT réticulés. L’état de fabrication a été optimisé sous forme de film mince. L’influence des paramètres de dispersion est un point crucial directement responsable de la qualité des états de surface ainsi que des propriétés thermomécaniques obtenues. Malgré des propriétés mécaniques améliorées, l’incorporation de CNT n’a pas eu l’effet escompté sur les propriétés thermiques des FKM/CNT réticulés. Les deux premières raisons sont vraisemblablement l’utilisation d’un taux de charges élevé et un moyen de mise en oeuvre non adapté. Les POSS sont plus prometteurs pour renforcer les fluoroélastomères. Notamment, les POSS-A, en raison d’un greffage sur le réseau FKM qui impacte les propriétés thermiques et mécaniques. A titre indicatif, l’amélioration de la tenue thermique se traduit par une amélioration de 5°C de la température de dégradation lorsque 5phr sont ajoutés dans le réseau FKM. De plus, le module de stockage E' est fortement amélioré, jusqu'à 4,0 MPa à 200°C à 20phr (+ 210% par rapport à la matrice FKM non chargée). L'énergie d'activation apparente en début de dégradation par TGA est plus forte dans le cas de ce composite. Cette donnée se corrèle avec les mesures de Tg estimées par DMA et montre que l’ajout des nanoparticules entrave les mouvements moléculaires propres à la matrice. Ces nanoparticules possèdent un pouvoir inhibiteur sur la dégradation du composite. Des essais de vieillissement thermique ont également montré que les FKM/POSS-A réticulés présentent des caractéristiques mécaniques supérieures à la référence industrielle. Les variations de ces propriétés s’expliquent ainsi par des interactions différentes (chimiques par greffage des POSS sur la chaîne polymère et physique par la création d’un réseau de charges) entre les POSS et la matrice. Le nanocomposite incorporant le POSS-A à 5phr dans le réseau FKM semble le plus adapté pour des applications hautes températuresIn aeronautics application, elastomers are generally subject to severe cyclic, mechanical and thermal stress. This thesis is part of a global research project to improve the performance of elastomers. The aim is to achieve the longest possible life in terms of thermomechanical behavior. This need is justified by the development of ever more powerful engines and therefore with a prospective to generate higher temperatures. New materials are essential to limit the replacement of parts in these conditions of use. Fluoroelastomers are matrices widely used in the context of high temperature applications. In these works, nanoparticles selected for their known impact on thermal properties are integrated into a crosslinked FKM matrix. The aim is to improve the thermal and mechanical behavior of the resulting nanocomposites. Two types of nanocomposites have been developed: crosslinked FKM/POSS and FKM/CNT. Nanocomposites are realized in thin film format. Dispersion parameters influence is a crucial point directly responsible for the quality of surface conditions as well as the thermomechanical properties obtained. Despite improved mechanical properties, the incorporation of CNT did not have the expected effect on the thermal properties of crosslinked FKM/CNT. The first two reasons are probably the use of a high load rate and an unsuitable means of implementation. POSS are more hopeful for reinforcement of fluoroelastomers properties. In particular POSS-A, due to a grafting on the FKM backbone impact the thermal and mechanical properties. As an indication, the thermal resistance obtained presents in an improvement of 5°C of the degradation temperature when 5phr are added in the FKM matrix. In addition, the storage module E' is greatly improved, up to 4.0MPa at 200°C to 20phr (+210% compared to the unfilled FKM matrix). The apparent activation energy at the beginning of degradation by TGA is stronger in the case of this nanocomposite. This data correlates with the Tg measurements estimated by DMA and shows that the addition of the nanoparticles hinders the molecular motions proper to the matrix. These nanoparticles have an inhibiting power on the degradation of the nanocomposite. Thermal aging tests have also highlighted that crosslinked FKM/POSS-A have mechanical characteristics superior to the industrial reference. The variations of these properties are explained by different interactions (chemical grafting of POSS on the polymer and physical interactions by the creation of a charge network) between the POSS and the matrix. The incorporation of POSS-A into a crosslinked FKM matrix for 5phr seems to be the most suitable nanocomposite for high temperature applications