Academic literature on the topic 'Réactivité interfaciale'

Dans ce travail nous avons réalisé une étude expérimentale du mouillage réactif du carbone vitreux par des alliages réactifs dans l'objectif d’approfondir la compréhension des phénomènes de mouillage et de réactivité interfaciale pour des applications en brasage du carbone vitreux. Les systèmes choisis pour cette l'étude sont composés d'un substrat de carbone vitreux et deux types d’alliages liquides : des alliages à basse température de fusion et des alliages à moyenne température de fusion. Ces alliages sont constitués d'une matrice non-réactive (essentiellement Sn pour les alliages à basse température de fusion et Ag-Cu-In pour les alliages à moyenne température de fusion) et d'un soluté réactif formant un carbure mouillable (Ti ou Cr). La cinétique d’étalement de ces alliages sur le carbone vitreux est étudiée en fonction de différents paramètres ; température, état de surface du substrat et teneur de l’alliage en élément réactif. Les produits réactionnels formées sont caractérisées par MEB, MET/ASTAR et DRX et les mécanismes de formation de ces produits sont proposés. Des expériences d’optimisation de brasage homogène du carbone par les alliages à moyenne température de fusion sont présentées et d’autres expériences préliminaires pour le brasage homogène et hétérogène par les alliages à basse température de fusion sont proposées ouvrant sur les perspectives de ce travail de thèse
In this work we performed an experimental study of the reactive wetting of vitreous carbon by reactive alloys in order to deepen the understanding of the wetting and interfacial reactivity phenomena for brazing applications. The systems chosen for this study are composed of a vitreous carbon substrate and two types of liquid alloys: low melting point alloys and medium melting point alloys. These alloys are composed of a non-reactive matrix (essentially Sn for low-melting point alloys and Ag-Cu-In for medium-melting point alloys) and a reactive solute forming a wettable carbide (Ti or Cr). The kinetics of the spreading of these alloys on the vitreous carbon is studied according to different parameters; temperature, surface finish of the substrate and reactive element content. The reaction products formed are characterized by SEM, TEM/ASTAR and XRD and the formation mechanisms of these products are proposed. Experiments on the optimization of homogeneous carbon brazing by medium melting point alloys are presented and other preliminary experiments for homogeneous and heterogeneous brazing by low melting point alloys are proposed, opening on the prospects of this thesis work

L'objectif de l'étude est d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes interfaciaux qui interviennent lors de l'élaboration des matériaux composites à renfort fibreux et à matrice aluminium. Les renforts choisis pour cette étude ont été des fibres de carbone, des fibres de carbone protégées, et des fibres à base de carbure de silicium. Ces fibres sous forme de tissu ont été recouvertes d'aluminium par dépôt physique en phase vapeur. Les matériaux ainsi obtenus ont subi des traitements thermiques dans un réacteur couple à un spectromètre de masse. L'existence de réactions entre certains gaz produits par les fibres (CO, CO2) et l'aluminium lorsque la température est supérieure à 650°C a ainsi pu être mise en évidence. Ces réactions se produisent lors de la traversée du dépôt d'aluminium par les gaz issus des fibres et provoquent la formation de carbone d'aluminium. Le carbure d'aluminium est également formé par des réactions entre les espèces solides constituant les fibres et le métal. La quantité de carbure d'aluminium formé à l'interface fibre/métal lors des traitements thermiques a été déterminée par hydrolyse. Il a ainsi pu être montré que le carbure d'aluminium provient essentiellement des réactions entre les solides constituant les fibres et le métal. L'efficacité de divers recouvrements contre la formation de carbure d'aluminium a aussi été étudiée.

Cette étude a pour objet les piles à combustible à haute température qui se différencient par la nature de l’électrolyte : oxyde solide (SOFC) et carbonates fondus (MCFC). Malgré la maturité actuelle de ces technologies, la dégradation à haute température des matériaux freine un développement à grande échelle. Nous nous sommes essentiellement penchés l’évolution des systèmes SOFC. Ce travail s’intéresse tout d’abord à l’élaboration par dépôt de couches atomiques (ALD) d’oxyde de cérium dopé à l’yttrium (connu pour ses propriétés électrocatalytiques à l’anode) et leur caractérisation électrochimique, afin de mettre en évidence l’influence de leur microstructure sur la réactivité sous atmosphère réductrice d’hydrogène. L’orientation de ces couches a montré une augmentation significative de leur réactivité. Dans un deuxième temps nous avons étudié des électrolytes composites oxyde-carbonates et, plus particulièrement, l’évolution de leur comportement électrique sous différentes conditions expérimentales se rapprochant du fonctionnement des SOFC. Nous avons pu en déduire les mécanismes régissant la conductivité ionique sous atmosphères variées et mis en évidence l’intérêt d’une couche mince entre anode et électrolyte dans une cellule unitaire. Dans les deux cas des résultats très significatifs ont été obtenus permettant d’envisager des systèmes hybrides SOFC/MCFC, incluant des couches minces fortement orientées, compétitifs par rapport aux dispositifs existants
This study deals with high-temperature fuel cells that differ in the nature of the electrolyte: solid oxide (SOFC) and molten carbonates (MCFC). Despite the current maturity of these technologies, the high temperature degradation of materials slows down large-scale development. We mainly focused on the evolution of SOFC systems. This work investigates first the deposition of atomic layers (ALD) of cerium oxide doped with yttrium (known for its electrocatalytic properties at the anode) and their electrochemical characterization, in order to show the influence of their microstructure on the reactivity under a reducing atmosphere of hydrogen. The orientation of these layers showed a significant increase in their reactivity. In a second time we studied composite electrolytes oxide-carbonates and, more particularly, the evolution of their electrical behavior under different experimental conditions approaching the operation of the SOFC. We have been able to deduce the mechanisms governing the ionic conductivity under various atmospheres and highlighted the interest of a thin layer between anode and electrolyte in a single cell. In both cases, very significant results have been obtained allowing SOFC / MCFC hybrid systems, including highly oriented thin films, to be considered as competitors with existing devices

Le but de ce travail est l'élaboration d'adsorbants modèles pour l'étude de la réactivité de surface et des phénomènes d'adsorption de cations métalliques à l'interface solide – solution aqueuse. L'un des critères de choix de tels adsorbants est la répartition superficielle d'une charge électrique et à l'évolution de cette charge en milieu aqueux. Dans cet objectif, des silices mésoporeuses (SBA-15) fonctionnalisées par insertion contrôlée et en cours de synthèse d'hétéroatomes (Al, Zr, Ti) ont été préparées grâce à une sélection affinée de réactifs et à l'optimisation des conditions de synthèse et de traitement postérieurs (hydrothermal, micro-ondes, variation de pH, …). Une caractérisation approfondie de ces solides (morphologie, texture, propriétés superficielles) a permis de trouver le lien entre l'étape de préparation et la modulation des caractéristiques des adsorbants finaux. Cette caractérisation a fait appel aux méthodes classiques comme l'étude du réseau poreux par adsorption-désorption d'azote, l'analyse de la structure solide par la diffraction de rayons X et l'analyse élémentaire. Par ailleurs, les spectroscopies Raman, UV-Vis, FTIR ont permis d'évaluer le degré d'insertion des hétéroatomes, leur répartition et d'analyser de la nature des groupements OH de surface. Enfin les méthodes d'adsorption et de désorption, avec les techniques de calorimétrie associées en phases gaz et liquide avec l'utilisation de diverses molécules sondes (NH3, Butanol, H+/OH-) ont donné accès aux propriétés superficielles. Les isothermes d'adsorption d'ions ont montré les potentialités de ces solides en tant qu'adsorbant pour le traitement d'effluents liquides
This work deals with the development of model adsorbents for the study of surface reactivity and the adsorption of metal cations at the Solid-Liquid interface. One of the selection criteria for such adsorbents is an adequate surface distribution of the electric charge and its evolution in aqueous media. With this objective in mind, mesoporous silicas (SBA-15) functionalized by the controlled insertion of heteroatom (Al, Zr, Ti) during synthesis were prepared with an effort to select carefully the reagents and to optimize the synthesis and post-treatment conditions (hydrothermal treatment, microwave, pH variation, catalyst use, scaling up of the optimized synthesis). The advanced characterization of these solids (morphology, texture, surface properties) allowed establishing the relationship between the synthesis conditions and the modulation of the properties in the final adsorbents. The characterization methods included the study of the porous network using nitrogen adsorption-desorption, the analysis of the solid structure by X-Ray diffraction and the chemical analysis, as well as the evaluation of the degree of heteroatom insertion, its distribution and the analysis of the nature of surface OH groups with the aid of Raman, UV-Vis, and FTIR spectroscopies. Finally, the adsorption-desorption techniques in conjunction with calorimetry making use of various molecular probes (NH3, Butanol, H+/OH-) in gas and liquid phase provided valuable information about the surface properties. Measurements of the adsorption of ions gave indications for the potential uses of these materials as adsorbents for the liquid waste decontamination

Suite à la demande constante de réduire la taille des transistors et celle des dispositifs électroniques, guidée par la loi de Moore, l'intégration 2D n'est plus adaptée à cette demande croissante. Cela a conduit à l'intégration 3D des dispositifs actifs à l'aide de piliers Cu/Ni recouverts d'alliages de brasage à base de Sn. Dans les années à venir, les applications qui demandent des interconnexions à haute densité (optoélectroniques, microdisplays, les détecteurs IR, MEMS) nécessiteront l’utilisation de pas d'interconnexions inférieurs à 10 µm. Cependant, les piliers Cu/Ni/alliage de brasure base Sn n'ont jamais été étudiés en profondeur pour un si petit pas d'interconnexion. Avec la réduction de la dimension d'interconnexion, le diamètre des piliers Cu/Ni/alliage de brasure est réduit également. De ce fait, la formation des intermétalliques, qui joue un rôle primordial dans la bonne tenue de la jonction, peut poser des problèmes majeurs en raison de la réduction des dimensions du pilier de Cu et de l’alliage de brasure.Le travail de cette thèse est consacré à l'étude métallurgique et à la caractérisation d’interconnections de très petites dimensions (diamètre de 5 µm et pas de 10 µm) avec comme objectif principal l’étude des mécanismes physicochimiques des interactions entre les alliages de soudure Sn-Ag et les couches de Ni ou Ni/Au. Les mécanismes des interactions à l'état solide entre Sn et Ni ainsi que l’évolution du joint vers la transformation totale en intermétallique Ni3Sn4 (Solid-Liquid-Intercondiffusion - SLID processus), ont été étudiés pour la première fois dans de tels systèmes de dimensions micrométriques. De plus, les propriétés mécaniques et électriques ainsi que la stabilité thermique de ces interconnexions ont été étudiées. L’observation pour la première fois de la formation de la phase Ni3Sn2 à l’interface Ni/Sn à 200°C lors des vieillissements thermiques présente un intérêt pratique de grande importance
With the constant demand for reducing the feature size of transistors and that of the devices, which is guided by Moore’s law, 2D integration is no longer fit to adapt the growing demand. This has led to 3D integration of active devices with the help of Cu/Ni pillars capped with Sn based solder alloys. In the coming years, applications which demand high density interconnects (optoelectronic, microdisplays, IR-detectors, MEMS) will require an interconnect pitch of 10 µm and below. However, Cu/Ni/solder pillars have never been investigated in depth for such a small interconnection pitch. With reduction of interconnect dimension, the diameter of Cu/Ni pillar and solder alloy also reduces. Thus, it is feared that the intermetallic formation, which is the key phenomenon responsible for the bonding, may be problematic due to the reduction in size of Cu pillar capped with solder alloy.The thesis is dedicated to the metallurgical study and its characterization for very small interconnects (5 µm) at 10 µm pitch, where the main focus is given on the physio-chemical mechanisms of soldering between Sn-Ag solder alloy and Ni or Ni/Au layers. For the first time, the mechanism of solid-state interactions between Sn and Ni is studied in depth and also for the first time the Ni3Sn4 SLID (Solid-Liquid-lnterdiffusion) system as an interconnect has been investigated at these dimensions. Moreover, the mechanical and electrical properties as well as the thermal stability of these interconnects are studied. Interestingly, during the latter part of this study, Ni3Sn2 layer is observed during aging of the Ni/Ni3Sn4 system for low temperature (200°C)

Cette étude apporte des données sur l'intérêt des chromites de lanthane strontium dopés au ruthénium La1-xSrxCr1-yRuyO3δ (LSCrRu) comme anode de pile à combustible ITSOFC. La synthèse sous champ micro-onde d'oxydes mixtes a permis la mise en forme de demi-cellules et cellules complètes modèles par pulvérisation cathodique magnétron et par sérigraphie. Les propriétés de reformage de CH4 ont pu être étudiées dans un dispositif mono-chambre couplé à un spectromètre de masse en collaboration avec l'Institut de REcherche Hydro-Québec. La réactivité à l'interface anode/électrolyte a été analysée par SIMS et XRD sur demi-cellules modèles vieillies sous H2 à 800°C. Elle a permis de préciser la chimie du film après traitement. Les cellules complètes, testées en condition de fonctionnement, ont mis en évidence, après dissolution sélective de LSCrRu, une modification de la microstructure à l'interface anode/électrolyte. Des analyses XPS et SEM-EDX n'ont pas montré de réactivité chimique.

Cette étude apporte des données sur l'intérêt des chromites de lanthane strontium dopés au ruthénium La1-xSrxCr1-yRuyO3δ (LSCrRu) comme anode de pile à combustible ITSOFC. La synthèse sous champ micro-onde d'oxydes mixtes a permis la mise en forme de demi-cellules et cellules complètes modèles par pulvérisation cathodique magnétron et par sérigraphie. Les propriétés de reformage de CH4 ont pu être étudiées dans un dispositif mono-chambre couplé à un spectromètre de masse en collaboration avec l'Institut de REcherche Hydro-Québec. La réactivité à l'interface anode/électrolyte a été analysée par SIMS et XRD sur demi-cellules modèles vieillies sous H2 à 800°C. Elle a permis de préciser la chimie du film après traitement. Les cellules complètes, testées en condition de fonctionnement, ont mis en évidence, après dissolution sélective de LSCrRu, une modification de la microstructure à l'interface anode/électrolyte. Des analyses XPS et SEM-EDX n'ont pas montré de réactivité chimique
New data on the interest of ruthenium doped lanthanum strontium chromite La1-xSrxCr1-yRuyO3δ (LSCrRu) as anode in ITSOFC are presented. Microwave synthesis of mixed oxides allowed shaping of half-cells and complete cells using sputtering and screen printing methods. LSCrRu methane reforming property had been studied in a mono-chamber system coupled with a mass spectrometer in collaboration with Institut de REcherche Hydro-Québec. Anode/electrolyte interfacial reactivity had been analysed using SIMS and XRD on half cells models after ageing under H2 at 800°C. This experiment gave the chemical composition of the film after treatment. Complete cells, tested under working conditions, highlighted, after selective dissolution of LSCrRu film, a microstructure modification at anode/electrolyte interface. XPS and SEM-EDX techniques did not show chemical reactivity

La miniaturisation des dispositifs élémentaires de la technologie CMOS impose le remplacement de l'oxyde de silicium pour l'élaboration de l'oxyde de grille. Par l'identification des conditions de formation du silicate de baryum au contact direct du substrat de silicium, cette étude a révélé un candidat potentiel. En premier lieu, la réaction entre Ba et SiO2 aboutissant à la formation d'un silicate de baryum a été mise en évidence in-situ par XPS et SR-PES. Dans un second temps, des films de silicate de baryum ont été élaborés par co-déposition de baryum et d'oxygène à une température de 580 °C. Des traitements thermiques sous vide ont montré que le silicate de baryum est stable jusqu'à 900 °C. Des analyses ex-situ par SIMS et MET ont révélé une interface abrupte avec le substrat. Enfin, un dispositif dédié à la réalisation de croissances par MOCVD a été développé. Il a permis de montrer la possibilité de former un silicate de baryum. La réaction est favorisée lorsque le dépôt se déroule à température élevée, sous une pression partielle d'oxygène.

L'étude des premiers instants de la croissance par dépôt chimique en phase vapeur à partir d'un précurseur métalorganique (MOCVD) de films de TiO2 sur Si(100) a été réalisée in situ par analyse de surfaces (XPS, ARXPS, AES). Un dispositif expérimental original a été conçu à cet effet et mis au point. Des caractérisations ex situ (HRTEM, SIMS, GIXRD...) ont complété les informations obtenues in situ.
La formation d'une couche interfaciale de SiOy<2, par interaction du précurseur Ti(OCH(CH3)2)4 avec le substrat, précède la formation de TiO2 et conduit à la présence de carbone à l'interface. La diffusion de silicium au sein de la couche superficielle de TiO2 a été constatée à la température de dépôt de 675 °C. Dès les premiers instants de la croissance, des cristallites de structure anatase et rutile se forment au sein de la couche de TiO2 amorphe. La croissance des grains de rutile s'arrête en cours de dépôt. Celle des grains d'anatase se poursuit sous forme de colonnes monocristallines.