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RÉSUMÉ
Cet article a pour objectif l’étude des nanomatériaux et des matériaux dont une phase au moins a des dimensions inférieures à 100 nanomètres. La structure et l’élaboration de ces matériaux sont plus particulièrement observés ici. Est effectuée l’analyse des diverses classes de nanomatériaux, des joints de grains et de la stabilité particulière de certaines tailles d’amas. Les notions d'énergie des joints de grains et la diffusion sont ensuite passées en revue. Pour terminer, l’élaboration par voie physique, par voie chimique, la mécanosynthèse et la consolidation et la densification concluent cet article.
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INTRODUCTION
Dans cet article, on se propose de passer en revue la structure et les modes d'élaboration des matériaux pour lesquels une phase au moins, déterminante pour certaines propriétés, a des dimensions inférieures à 100 nanomètres.
Les propriétés et principales applications de ces matériaux sont développées dans l'article Nanomatériaux. Propriétés et applications [NM 3 011], du même traité.
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- Version courante de juil. 2020 par Pierre MÜLLER
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3. Élaboration
3.1 Élaboration par voie physique
Les méthodes décrites dans ce paragraphe concernent l'élaboration de nanoparticules (amas), formées à partir d'une phase vapeur. Cette phase est extraite d'un matériau source par chauffage ou par bombardement. Dans la plupart des cas, la vapeur du solide que l'on souhaite former est refroidie par des collisions avec un gaz neutre et devient donc fortement sursaturante (condensation en gaz inerte). Le matériau est collecté le plus rapidement possible sur une paroi froide, de façon à éviter la croissance ou la coalescence des amas. Souvent, l'appareil d'élaboration dispose d'un sas réunissant la chambre de collecte des poudres et le dispositif de compaction afin d'éviter toute pollution atmosphérique. Les poudres nanométriques sont en effet très réactives ; elles peuvent même dans certains cas être pyrophores.
HAUT DE PAGE3.1.1 Aspects thermodynamiques de la formation des amas
Comme précédemment pour le nanograin, il convient d'introduire, outre le terme de volume, un terme de surface pour exprimer l'équilibre entre la nanoparticule et la vapeur. La variation ΔG (r ) d'énergie libre entre les deux phases s'écrit alors :
avec :
- r :
- rayon de la particule,
- S :
- sursaturation de la vapeur, c'est-à-dire le rapport entre la pression p et la pression de vapeur saturante pe ,
- σ :
- énergie superficielle par unité de surface,
- V :
- volume atomique à l'état solide,
- T :
- température,
- kB :
- constante de Boltzmann (kB = 1,38 · 10–23 J · K–1).
On voit que la fonction ΔG (r )...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SIEGEL (R.W.) - Nanostructured materials 3, - p. 1 (1993).
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(2) - NIIHARA (K.) - The certenial memorial issue. - 99, p. 974 (1991).
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(3) - COHEN (M.), CHOU (M.Y.), KNIGHT (W.D.), de HEER (W.A.) - * - J. Phys. Chem. vol. 91, p. 3141 (1987).
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(4) - GLIETER (H.) - Nanostructured materials, - vol. 6, p. 3 (1995).
-
(5) - WÜRSCHUM (R.), GREINER (W.), SCHAEFER (H.E.) - Nanostructured materials, - vol. 2, p. 55 (1993).
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(6) - WÜRSCHUM (R.), SCHAEFER (H.E.) - Nanomaterials Synthesis Properties and Applications. - Edelstein (A.S.) ed. (1996).
-
(7) - BIRRINGER (R.), HERR (V.),...
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