Opacification de matériaux oxydes au passage solide-liquide : rôle de la structure et de la dynamique

Opacification of dielectric oxides near the melting point

• Auteur / Autrice : Myriam Eckes
• Direction : Mohammed Malki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance le 29/11/2012
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...)
• Jury : Président / Présidente : Paolo Calvani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Calvani, Ricardo Lobo, Pascal Ruello, José Luis Ribeiro, Benoit Gibert, Domingos De Sousa Meneses
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ricardo Lobo, Pascal Ruello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarons

Diélectriques

Cristallin -- Vieillissement

Spectroscopie infrarouge

Oxydes

Mots clés libres

Spectroscopie infrarouge

Emittance spectrale

Oxyde diélectrique

Modèle de fonction diélectrique semi-quantique

Polarons

Infrared spectroscopy

Spectral emittance

Dielectric oxide

Semi-quantum dielectric function model

Polarons

Résumé

Avec l’augmentation de la température, certains composés oxydes, transparents dans le proche infrarouge, deviennent progressivement opaques à l’approche de la fusion. Un tel comportement est inhabituel et impacte profondément leurs propriétés radiatives. Afin de comprendre ce phénomène, des mesures par spectroscopie d’émission infrarouge ont été effectuées depuis la température ambiante jusqu’à la fusion sur plusieurs oxydes cristallins (Mg2SiO4, LiAlO2, LiGaO2, ZnO, YAlO3, LaAlO3, LiNbO3, MgO). Ces données ont été complétées ponctuellement par des mesures de conductivité électriques, de RMN et de diffraction des rayons X en température. L’analyse des données expérimentales du facteur d’émission menée à l’aide d’un modèle de fonction diélectrique semi-quantique et incluant un terme de Drude étendu, a permis de caractériser finement la réponse de ces matériaux et de proposer une origine physique pour le mécanisme responsable de l’opacification. Le phénomène est thermiquement activé et peut être expliqué par la formation et la mobilité de polarons. Ce travail a également montré l’existence d’un lien étroit entre la microstructure des composés et les caractéristiques de l’opacification.

With increasing temperature, some oxide compounds that are transparent in the near infrared range become progressively opaque when approaching the liquid phase. Such a behavior is unusual and deeply impacts their thermal radiative properties. To understand this phenomenon, infrared emittance spectra were acquired from room temperature up to the liquid state on several crystalline oxides (Mg2SiO4, LiAlO2, LiGaO2, ZnO, YAlO3, LaAlO3, LiNbO3, MgO). These data have been selectively completed by electrical conductivity measurements, NMR and X-ray diffraction experiments versus temperature. The analysis of the experimental emittance data with a semi-quantum dielectric function model including an extended Drude term, allowed to characterize finely the material responses and to suggest a physical origin for the opacification mechanism. The phenomenon is thermally activated and can be explained by the formation and the mobility of polarons. This work also showed the existence of a close link between the material microstructure and the characteristics of the opacification.