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1 - PROPRIÉTÉS

2 - FAMILLES PARTICULIÈRES

3 - NANOSYSTÈMES

4 - QUELQUES GRANDES FAMILLES D’APPLICATIONS

| Réf : M4027 v1

Propriétés
Nanomatériaux - Propriétés et applications

Auteur(s) : Paul COSTA

Date de publication : 10 déc. 2001

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Auteur(s)

  • Paul COSTA : Ingénieur général de l’Armement - Haut conseiller à l’Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA)

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INTRODUCTION

Aavec la mise au point de techniques permettant d’élaborer des matériaux dont les dimensions sont nanométriques, un champ considérable s’est ouvert pour des matériaux nouveaux et des propriétés ont été découvertes qui relèvent de la physique (optique, électronique, magnétisme), avec déjà un ensemble très important d’applications industrielles, de la catalyse ou de la mécanique, avec toutefois, pour les matériaux structuraux, une limitation liée à la difficulté à accéder à des quantités de matière ou à des coûts pertinents. Parallèlement se sont développées des technologies permettant de façonner, par modulation de la composition ou par usinage à l’échelle nanométrique, des systèmes de matériaux et, de là, d’inventer des dispositifs qui sont la clef du futur en microélectronique et en informatique mais qu’il n’est pas possible d’évoquer pleinement ici en raison même de leur étendue.

Dans cet article, on se propose de passer en revue les propriétés et les principales applications des matériaux pour lesquels une phase au moins, déterminante pour certaines propriétés, a des dimensions inférieures à 100 nano- mètres.

Nota :

Les structures et méthodes d’élaboration de ces matériaux sont développées dans l’article Nanomatériaux. Structure et élaboration Nanomatériaux- Structure et élaboration du même traité auquel le lecteur se reportera.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m4027


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1. Propriétés

1.1 Propriétés mécaniques

HAUT DE PAGE

1.1.1 Limite élastique

La limite élastique Re des matériaux cristallins dépend fortement de la taille de grain. Il s’agit là d’un fait d’expérience de tous temps reconnu, qui est quantifié par une loi qui est sans doute celle qui est la plus généralement observée en métallurgie physique, la loi de Hall-Petch :

avec :

 : 
limite élastique du monocristal
k
 : 
coefficient
d
 : 
diamètre du grain.

Cette croissance de la limite élastique lorsque la taille du grain décroît s’accompagne d’un déplacement vers les hautes températures de la transition fragile-ductile. Le phénomène a été décrit par A.H. Cottrell [31] comme étant la conséquence de l’interaction des dislocations avec les joints de grains qui constituent un obstacle à leur propagation ; des empilements de dislocations se forment jusqu’à ce que la dislocation en tête de l’empilement soit soumise à une contrainte seuil lui permettant de se transmettre au grain voisin. Un phénomène comparable intervient pour les métaux très fortement déformés : il se constitue alors une structure mosaïque de petite dimension dont les parois interviennent de façon analogue.

La question est de savoir si le comportement en d – 1/2, bien établi dans tout le domaine qui s’étend du millimètre au micromètre, se poursuit pour les cristaux de taille nanométrique.

En fait, pour les tailles les plus faibles la validité du modèle de Cottrell, fondée sur la notion d’empilement, devient floue ; en outre, un autre phénomène intervient...

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