Les verres de chalcogénures : relation microstructure / propriétés de l'échelle macro à l'échelle nano.

Chalcogenide glass : relation microstructure/properties from macro scale to nano scale

• Auteur / Autrice : Alexandre Morvan
• Direction : Allison Saiter-Fourcin, Angela Vella
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Cristelle Schmuck-Pareige
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Calvez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Allix, Bruno Bureau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes atomiques tomographiques

Calorimétrie différentielle à balayage

Cristallisation

Détérioration

Verres de chalcogénures

Mots clés libres

Verres de chalcogénures

Vieillissement physique

Cristallisation

Calorimétrie à balayage rapide

Sonde atomique tomographique

Chalcogenide glass

Physical ageing

Crystallization

Fast scanning calorimetry

Atom probe tomography

Résumé

Les verres de chalcogénures sont utilisés depuis de nombreuses années et dans diverses applications. Ces verres sont notamment connus pour leur propriété de transmission dans l'infrarouge. Aujourd'hui les enjeux économiques avec l'évolution du marché de la sécurité, de la surveillance et des voitures autonomes nécessitant l'utilisation de caméras thermiques, poussent à la diminution des coûts et pour cela il est nécessaire de se tourner vers de nouveaux matériaux, moins chère et plus simple à réaliser. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier un matériau qui peut répondre à cette demande, la composition 62,5GeS2-12,5Sb2S3-25CsCl a ainsi été sélectionnée. L'étude de l'évolution de la microstructure lors du vieillissement physique sous Tg et la cristallisation au-dessus de Tg est réalisée de l'échelle macro à l'échelle nano afin de mieux comprendre l'évolution du verre et de sa microstructure au cours du temps à différentes températures. Ces études ont été réalisées à l'aide de différentes techniques d’analyses : calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et avec modulation de température (MT-DSC), calorimétrie à balayage rapide (FSC), diffraction des rayons X (DRX), microscopie à transmission électronique (MET), sonde atomique tomographique (SAT). Les résultats expérimentaux ont permis de mettre en évidence que la cristallisation sous Tg était possible lorsque l'équilibre thermodynamique était atteint. L'étude de la cristallisation du verre a permis de mettre enrelation la microstructure et l'évolution des propriétés optiques et mécanique, en observant et en caractérisant le développement de deux morphologies de cristaux de même composition.

Chalcogenide glasses have been used for many years and in various applications. These glasses are particularly known for their infrared transmission property. Today the economic stakes with the evolution of the market of security, surveillance and autonomous cars need the use of thermal cameras, pushing to the reduction of the costs, and for that new materials should be developed, cheaper and easier to make. The objective of this thesis work is to study a material that can answer this problem, the composition 62,5GeS2-12,5Sb2S3-25CsCl has thus been selected. The study of the evolution of the microstructure during physical aging under Tg and crystallization above Tg is carried out from the macro scale to the nano scale in order to give a better understanding of the evolution of the glass and of its microstructure over time at different temperatures. These studies were carried out using different analysis techniques: differential scanning calorimetry (DSC) and with temperature modulation (MT-DSC), fast scanning calorimetry (FSC), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), atom probe tomography (SAT). The experimental results demonstrate that crystallization under Tg is possible when thermodynamic equilibrium is reached. The study of the crystallization of the glass made it possible to relate the microstructure and the evolution of its optical and mechanical properties, by observing and characterizing the development of two morphologies ofcrystals based on same CsCl structure.