Contacts boîtes quantiques photoluminescentes de CdSe/CdS/ZnS pour la mesure de la température et de la pressure dans les contacts elastohydrodynamiques

Photoluminescent CdSe/CdS/ZnS quantum dots for temperature and pressure sensing in elastohydrodynamic

• Auteur / Autrice : Sayed Mohamed Baqer Albahrani
• Direction : Jean-Marie Bluet, Philippe Vergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 22/03/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Jury : Président / Présidente : Gérard Guillot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Bluet, Philippe Vergne, Gérard Guillot, Romeo Glovnea, Gilles Ledoux, José Garcia Solé, David Philippon, Peter Reiss
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Romeo Glovnea, Gilles Ledoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Boîtes quantiques

Lubrification élastohydrodynamique

Mécanique du contact

Mots clés libres

Mécanique des contacts

Mécanique

Pression

Température

Lubrification

Lubrification EHD

Lubrification élastohydrodynamique

Boite quantique InAs/InP

Rhéologie

Lubrifiant

Photoluminescence

Mechanical

Contact mechanics

Pressure

Temperature

Lubrification

Ehd

Elasto-Hydrodynamic lubrication

Quantum dots

Rheology

Lubricant

Photoluminescence

Résumé

La température et la pression sont deux paramètres particulièrement importants pour l’optimisation des performances du régime de lubrification élastohydrodynamique (EHL). A ce jour, différentes méthodes expérimentales ont été développées, avec plus ou moins du succès, pour la mesure de ces deux paramètres. Ce travail présente, en continuité de ces approches, des investigations visant à développer une nouvelle technique in situ permettant de mesurer localement ces deux grandeurs dans les contacts élastohydrodynamiques (EHD). Cette technique exploite la sensibilité en photoluminescence (PL) des boîtes quantiques (ou en anglais « quantum dots (QDs)) de CdSe/CdS/ZnS aux variations de température et de pression. A cet égard, des calibrations ont été réalisées afin d’évaluer la sensibilité de ces QDs aux deux paramètres. De plus, la versatilité de ces QDs comme nanosondes a été examinée en testant deux lubrifiants différents : le squalane et un mélange de squalane et de cyclopentane. Des mesures ont été également effectuées sous conditions dynamiques afin d’étudier (i) l’influence de la présence des QDs sur la rhéologie du lubrifiant et (ii) l’influence du taux de cisaillement sur la PL des QDs. Bien que ces différents tests aient prouvé le potentiel des QDs de CdSe/CdS/ZnS, ils ont révélé l’existence d’autres paramètres qui peuvent, tout comme la température et la pression, en modifier la réponse. L’étude a été menée afin d’approfondir la compréhension des mécanismes responsables de tels effets. Plus important encore, une méthodologie a été définie pour minimiser ces effets indésirables, et pour in fine, permettre l’usage de ces QDs en tant que nanosondes fiables.

Temperature and pressure are two relevant parameters for the optimization of lubrication performance in the elastohydrodynamic lubrication (EHL) regime. To date, various experimental methods have been developed to measure these two parameters with more or less success. In a continuation of these efforts, some investigations are presented in the current work in view of developing a new in situ technique allowing for local measurements of these two parameters throughout elastohydrodynamic (EHD) contacts. This technique exploits the photoluminescence (PL) sensitivity of CdSe/CdS/ZnS quantum dots (QDs) to changes in temperature and pressure. In this respect, calibrations have been carried out in order to establish the sensitivity of these QDs to the two parameters. Moreover, the versatility of these QDs for sensing applications have been examined by testing two different lubricants, namely squalane and a mixture of squalane and cyclopentane. Some measurements were also conducted under dynamic conditions, in order to study (i) the influence of the QDs presence on the lubricant rheology and (ii) the influence of shear rate on the PL of QDs. Although these different tests demonstrated the potential of CdSe/CdS/ZnS QDs, they revealed the existence of other parameters that affect, in addition to temperature and pressure, their response. A comprehensive study was thus conducted in order to elucidate the mechanisms behind these findings. More importantly, a methodology was defined in order to minimize these undesired influences and, in fine, enable these QDs to be used as reliable nanosensors.