Vers une métrologie thermique des nanomatériaux par microscopie thermique à sonde locale.

Thermal metrology of nanomaterials by Scanning Thermal Microscopy (SThM)

• Auteur / Autrice : Nathaly Chaaraoui
• Direction : Nathalie Trannoy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Thermique et énergétique
• Date : Inscription en doctorat le 22/10/2020
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de lu2019Ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux

Mots clés

Mots clés libres

Microscopie thermique à sonde locale

Matériaux nanostructurés

Mesures expérimentales. modèle EFM

Conductivité thermique

Sonde thermique

Méthode inverse

Scanning thermal microscopy (SThM).

Thermal probe

Experimental measurements. FEM model

Thermal conductivity

Nanostructured materials

Inverse methods

Résumé

Les nanotechnologies nécessitent de techniques de caractérisation des nanosystèmes et des nanomatériaux. Depuis une vingtaine d'années, les nanotechnologies ont fait apparaître des besoins de connaissances en thermique à des échelles de plus en plus petites, allant du micromètre au nanomètre. Le développement de nouveaux matériaux est par ailleurs tributaire d'avancées significatives dans la compréhension du transport de l'énergie à ces mêmes échelles. Ces avancées significatives ne pourront avoir lieu que lorsque les méthodes expérimentales auront atteint un seuil de maturité permettant des mesures quantitatives et reproductibles donc atteint le domaine métrologique. Le projet de thèse a pour objectif de contribuer à la résolution du problème de métrologie thermique aux nano-échelles et d'aboutir à une technique instrumentale accompagnée d'outils de modélisation pour l'exploitation des mesures et de matériaux nanostructurés dont le design permettrait de révéler le potentiel de toutes sondes thermiques. Pour atteindre cet objectif, il y a deux approches complémentaires à suivre: i) Une approche par modélisation couplée à des résultats expérimentaux obtenus par microscopie thermique à sonde locale basée sur le microscope à force atomique muni d'une micro/nanosonde intégrée agissant comme source de chaleur et détecteur, ii) Une approche par le biais d'utilisation de matériaux au design particulier (structuration interne) à partir de Si et Si02 par exemple.

Nanotechnology requires characterization technics for nano-systems and nanomaterials. Since twenty years,nanotechnology reveals new needs in understanding and management of heat distribution at micro to nanoscale and in nanoscale structures. New material development requires significant advances in understanding of thermal transport at theses scales. These advances will be reached when the experimental method will achieve a maturity threshold allowing quantitative and reproducible measurements and consequently the metrology area. The objective of this thesis is contributing to resolve the thermal metrology problem at the nano-scale and to progress an instrumental technic accompanied with the appropriate modelling tools in a way to explore measurements and nanostructured materials. This combination allows us to reveal the capacities of thermal probes investigated such as Wollaston probe. In order to reach our objective, there are two complementary approaches to be followed:i) Modeling and using the inverse method in a way to reach the sample temperature from experimental measurement obtained by Scanning Thermal Microscope based on atomic force microscopy with an integrated nano/microprobe designed to act as a source and sensing component. ii)Finding an approach for particular designs such as nano-structured with the use of Si and SIO2 as materials for example.