Etude in situ de la solidification dirigée d'alliages organiques transparents présentant une interface facettée

In situ study of the directional solidification of transparent organic alloys with a faceted interface

• Auteur / Autrice : Anassya Raad
• Direction : Nathalie Mangelinck-Noël, Fatima Lisboa mota
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
• Date : Inscription en doctorat le 01/02/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IM2NP - Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence

Mots clés

Mots clés libres

Solidification

Systèmes facettés

Structure de l'interface

Observation in situ

Solidification

Faceted systems

Interface structure

In situ observation

Résumé

De nombreux matériaux produits par cristallisation à partir du bain fondu présentent une interface solide-liquide avec une morphologie facettée et un comportement cinétique associé. Ce type de croissance est associé à un sous-refroidissement cinétique important nécessaire pour faire croitre le cristal et fortement affecté par des défauts cristallographiques influant sur l'attachement des atomes. La connaissance approfondie de la dynamique de l'interface constitue un enjeu majeur pour la modélisation des mécanismes de solidification et pour l'optimisation d'outils de simulation prédictifs pour la maîtrise des procédés d'élaboration et des propriétés d'usage de matériaux stratégiques. L'objectif principal de la thèse est de réaliser une avancée majeure sur l'analyse des mécanismes de solidification des matériaux facettés. Pour atteindre cet objectif, une approche expérimentale originale avec une caractérisation in situ de la solidification dirigée d'alliages modèles transparents, dont le comportement en terme de solidification est similaire à celui des matériaux d'usage, sera mise en œuvre. L'essentiel des études seront menées dans le dispositif ECODIS qui permet l'observation in situ et en temps réel de l'interface de solidification de systèmes transparents en géométrie d'échantillons minces (croissance quasi-2D). Les études envisagées dans cette thèse sont une étape indispensable pour préparer les études en échantillons massifs (3D), la dynamique de solidification d'alliages facettés en 3D reste encore inconnue en détail alors que la 3D est la configuration industrielle réelle.

Many materials produced by melt crystallization present solid-liquid interfaces with a faceted morphology and associated kinetic behavior. This type of growth is associated to a finite undercooling via step-flow mechanisms, and is tributary to crystallographic defects that can act as sources of elementary steps. The in-depth knowledge of the interface dynamics constitutes a major challenge for the solidification mechanism modelling and for the optimization of predictive simulation tools capable of controlling elaboration processes and the final properties of strategic materials. The main objective of the thesis is to make major breakthrough on the analysis of solidification mechanisms of faceted materials. To fulfil this objective, an original experimental approach with in situ characterization of directional solidification of transparent model alloys, whose solidification behavior is similar to that of materials in use, will be implemented. The main part of the studies will be carried out in the ECODIS device which allows in situ and real time observation of the solidification interface of transparent systems in thin sample geometry (quasi-2D growth). The studies foreseen in this thesis are an essential step to prepare the studies in massive samples (3D), the solidification dynamics in 3D still remains not enough understood in depth although 3D is the real-life industrial configuration.