Méthodologie de calibration DC/AC de sondes thermorésistives pour la microscopie thermique. Applications à la quantification des échanges pointe/environnements et à la mesure de résistances thermiques de contact

DC/AC calibration methodology of SThM thermoresistive probes. Quantificattion of tip/environment exchanges and measurement of thermal contact resistances

• Auteur / Autrice : Anas Metjari
• Direction : David Lacroix, Gilles Pernot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie et mécanique
• Date : Soutenance le 12/10/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
• Jury : Président / Présidente : Gilles Parent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Lacroix, Gilles Pernot, Séverine Gomès, Nicolas Horny, Stéphane Grauby
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Séverine Gomès, Nicolas Horny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plan d'expérience

Mesure

Transfert de chaleur

Conductivité thermique

Nanoparticules

Microscopie thermique à balayage

Mots clés libres

Microscopie thermique

Nanomatériaux

Conductivité thermique

Métrologie

Transfert de chaleur

Thermal microscopy

Nanomaterials

Thermal conductivity

Metrology

Heat transfer

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la caractérisation du transport de la chaleur dans les nanomatériaux par microscopie thermique à balayage (SThM). Cette technique est utilisée pour la mesure des propriétés thermiques de micro-objets à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres. Parvenir à des mesures quantitatives à ces échelles demeure un défi du fait de la complexité des échanges à l’interface entre la sonde et l’échantillon. Pour répondre à ces problématiques, nous avons développé un banc expérimental permettant de contrôler l’environnement et ainsi contrôler les modes de transfert. Nous avons également mis en place une approche fréquentielle (3ω) pour l’étude thermique. Les signaux expérimentaux obtenus sur ce banc ont été comparés et analysés à l’aide d’une modélisation détaillée de la pointe SThM par éléments finis. Dans ce cadre nous avons démontré la fiabilité du banc pour étudier des matériaux qui ont une conductivité thermique comprise entre 0.1 et 100 W/m.K.

This PhD-thesis work focuses on the characterization of heat transport in nanomaterials by scanning thermal microscopy (SThM). This technique is used to measure the thermal properties of micro-objects at the scale of a few tens of nanometers. Achieving quantitative measurements at these scales remains a challenge due to the complexity of the heat exchanges at the interface between the probe and the sample. To address these issues, we have developed an experimental bench to control the environment and thus control the heat transfer modes. We have also set up a frequency approach (3ω) for the thermal study. The experimental signals obtained on this bench were compared and analyzed using detailed finite element modeling of the SThM tip. In this framework we have demonstrated the reliability of our bench to study materials with a thermal conductivity between 0.1 and 100 W/m.K.