Sommaire: Réalisation de multicouches pour supraconducteurs à haute température critique par méthode chimique
Introduction générales
Chapitre I: PRESENTATION, ENJEUX ET ETAT DE L’ART
I. 1. Introduction
I. 2. Matériaux supraconducteurs
I. 2. A. Revue historique
I. 2. B. Propriétés Supraconductrices
I. 2. B. 1. Profondeur de pénétration (λ) et longueur de cohérence (ξ)
I. 2. B. 2. Supraconducteurs de type I et de type II
I. 2. B. 3. Courbe d’irréversibilité
I. C. Contexte de la recherche actuelle
I. D. Supraconducteurs type YBa2 Cu3 O7 et Coated conductor
I. 3. Les substrats
I. 3. A. Substrat non orienté avec une couche superficielle texturée
I. 3. B. Substrat texturé
I. 3. B. 1. Substrat texturé : base argent
I. 3. B. 2. Substrat à texture biaxiale : base nickel ou cuivre
I. 4. Méthodes de dépôts
I. 5. Les applications de la supraconductivité
I. 5. A. Les câbles supraconducteurs
I. 5. A. 1.Les câbles supraconducteurs à basse température critique (BTc)
I. 5. A. 2.Les câbles supraconducteurs à haute température critique (HTc)
I. 5. B. Accélérateurs de particules LHC
I. 5. C. Conservation de l’énergie
I. 5. D. Spectroscopie RMN
I. 5. E. Application médicale
I. 5. F. Les filtres
I. 5. G. Moyens de transports
I. 4. F. Ordinateurs plus rapides
I. 6. Conclusion
I. 7. Références
Chapitre II: Rappels théoriques : Science des matériaux pour films d’oxydes
II. 1. Introduction
II. 1. A. Rappels théorique sur le comportement de la nucléation et de la croissance dans les films minces
II. 2. A. 1. Nucléation
II. 2. A. 2. Énergie libre de volume
II. 2. A. 3. Énergie interfaciale
II. 2. A. 4. Énergie de liaison
II. 2. A. 5. Énergie de tension incohérente
II. 2. A. 6. Énergie de tension cohérente
II. 2. A. 7. Énergie de tension biaxiale
II. 2. A. 8. Taux de nucléation
II. 2. A. 9. Mécanisme de nucléation en régime dynamique
II. 2. A. 10. Croissance
II. 2. A. 10. a. Croissance en phase amorphe
II. 2. A. 10. b. Migration du joint de grain dans un matériau polycristallin (à température constante)
II. 3. B. Diagramme de phase du système Ce – O
II. 3. B. 1. Modèle thermodynamique du système cérium oxygène
II. 3. B. 1. a. Revue de la littérature
II. 3. B. 1. b. Structure de l’oxyde de cérium
II. 3. B. 1. c. Diagramme de phase du système Ce – O
II. 4. C. Diagramme de phase du système La – Zr – O
II. 4. C. 1. Structure de la couche La
II. 4. C. 2. Digramme de phase du système La
II. 5. D. Chimie des précurseurs
II. 5. D. 1. Processus du sol gel
II. 5. D. 1. a. Les alkoxydes
II. 5. D. 1. b. Formation des ligands hydroxo (hydrolyse)
II. 5. D. 1. c. Formation des ligands « ol » et « oxo »
II. 5. D. 2. Processus de la décomposition métallo – organique (MOD)
II. 5. D. 2. a. Carboxylates
II. 5. D. 2. b. β-dicétonates
II. 5. D. 3. c. Processus hybrides et cas des multiéléments
II. 5. D. 3. d. Stabilisation des alkoxydes : formation de chelates
II. 5. D. 4. Avantages et inconvénients des différents procédés
II. 6. Conclusion
II. 7. Références
Chapitre III: Procédés expérimentaux utilisés
III. 1. Introduction
III. 2. Préparation des précurseurs
III. 2. A. L’éthylhexanoate de cérium Ce(EH)3
III. 2. A. 1. Mise en solution et problème de vieillissement
III. 2. A. 2. Analyse thermogravimétrique du précurseur (ATG)
III. 2. B. Comparaison de différents précurseurs de Cérium
III. 2. C. Proprionate de lanthane-zirconium: composé mixte ou simple mélange
III. 3 Elaboration des couches.
III. 3. A. Spin coating.
III. 3. B. Traitement thermique
III. 3. C. Montage utilisé
III. 3. D. Système de montée « Flash »
III. 3. E. Imposer et mesurer PO2
III. 4. Méthodes de caractérisations
III. 4. A. Mesure de l’épaisseur (EDX)
III. 4. B. Analyse des structures (Bragg-Brentano et Schultz)
III. 4. B. 1. Diffraction des Rayons X (DRX)
III. 4. B. 2. Montage Bragg-Brentano en θ-2θ, analyse de texture
III. 4. B. 3. Utilisation en modes φ-scan, et ω-scan et de figure de pôle
III. 4. B. 3. a. Mode – scan (Rocking curve)
III. 4. B. 3. b. Mode φ – scan
III. 4. B. 3. c. Figures de pôles
III. 4. C. Etude de la structure des couches de La 2Zr2 O7
III. 4. D. Topologie de Surface (AFM, SEM)
III. 4. D. 1. Principe de la microscopie électronique à balayage et de la force atomique
III. 4. D. 2. Mesure de la rugosité du film CeO2/STO
III. 4. D. 3. Observation de la morphologie par MEB
III. 5. Conclusion
III. 6. Références
Chapitre IV Cristallisation de films CeO2, LZO et d’hérostructures
IV. 1. Introduction
IV. 2. Traitement thermique de Ce(EH)/STO Sous Ar – 5% H2
IV. 3. Traitement thermique de Ce(EH)33/STO sous oxygène
IV. 3. A. Domaine d’étude
IV. 3. B. Traitement thermique simultané (Ar-5%H2) + O2
IV. 3. C. Traitement thermique sous Argon
IV. 3. D. Discussion
IV. 4. Rôle de la pression d‘oxygène sur la cristallisation de CeO
IV. 5. Autre oxyde La2 Zr2 O7
IV. 5. A. Traitement thermique de (La(prop)
IV. 5. B. Influence de PO23+ Zr(prop) sur la formation des films La)/LAO sous Ar -5%H Zr2 O7 /LaAlO
IV. 6. Effet du taux de montée en température
IV. 7. Recuit thermique rapide (RTA)
IV. 8. Microstructure et MEB
IV. 9. Étude TEM de la cristallisation de la couche LZO
IV. 10. Multicouches CeO
IV. 10. A. Croissance CeO
IV. 10. B. Croissance CeO
IV. 11. Conclusion
IV. 12. Références
Conclusion générale et perspectives
Annexe
Annexe A : Développement de calcul de la nucléation en régime dynamique
Annexe B : Donnés cristallographiques
Extrait du mémoire réalisation de multicouches pour supraconducteurs à haute température critique par méthode chimique
Chapitre I Présentation, enjeux et état de l’art
I. 1. Introduction
Réalisation de multicouches pour supraconducteurs
Les deux problèmes dominant du XXI ème siècle sont l’effet de serre du CO et la maîtrise de nouveaux axes d’énergie renouvelables comme l’énergie solaire photovoltaïque, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique, l’énergie géothermique, le bio carburant… L’effet de serre dû à l’émission du CO2 est une source, qui suit les activités industrielles depuis le 19 siècle. Selon les simulations météorologiques [1], ceci contribuera à réchauffer de manière significative la moyenne de température de la surface terrestre. Quelques degrés pour la terre impliquent plusieurs degrés à l’intérieur des continents. Ce réchauffement augmentera continument plusieurs siècles après que les émissions de CO aient été stabilisées aux valeurs raisonnables (celle de l’an 2000 par exemple). L’évolution future du climat pourrait diminuer de façon drastique l’efficacité des puits naturels, comme la biosphère continentale et les océans, à absorber le CO2 anthropique avec pour conséquence une accélération de l’augmentation du CO et une amplification du changement climatique. Les estimations à l’aide du modèle couplé climat-carbone de l’IPSL (Institut Pierre-Simon Laplace) montrent que pour le scénario SRES-A2, cette rétroaction pourrait amplifier l’augmentation du CO2 de 35 ppm en 2100. Les études menées dans le cadre d’un projet international de comparaison de modèles couplés climat-carbone, coordonné par l’IPSL, ont montré que cette amplification, toujours positive, atteindrait des taux entre 20 et 200 ppm en 2100. Elle pourrait correspondre à un réchauffement induit supérieur de 1.5°C aux estimations faites à l’aide des modèles climatiques traditionnels Ce scénario spectaculaire nous force à trouver des solutions neuves en employant, mieux notre énergie. C’est une nécessité absolue pour réduire la production de CO (aussi bien que l’autre effet de serre), et penser probablement différemment l’organisation sociale. Il faut ajouter que l’urbanisation croissante va dans le sens d’une augmentation de la consommation d’électricité et la difficulté à l’acheminer au cœur des villes.
Réalisation de multicouches pour supraconducteurs
Les dispositifs à supraconducteur ont des propriétés intéressantes à cet égard. Les câbles ont des potentialités dans la réduction de consommation d’énergie de transport, mais la plus importante est la réduction du poids et de la taille que permet la forte densité de courant supportée par les systèmes supraconducteurs. Ceci contribuera à un meilleur management d’énergie électrique et à réduire l’émission de CO2. Par exemple les lignes supraconductrices n’émettent pas de rayonnement électromagnétique et permettent de véhiculer de très fortes puissances sous des voltages modestes. Par ailleurs on peut proposer des concepts innovants [2] utilisant les câbles supraconducteurs pour connecter une batterie de production d’énergie renouvelable par un bus supraconducteur. Ceci aura l’avantage de lisser la variation inévitable de puissance délivrée par chaque système individuel dans une source d’énergie optimisée.
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