M2 Matériaux fonctionnels et applications

Nita DRAGOE Philippe Lecoeur.

Ce cours a pour objectif l’introduction aux techniques modernes de caractérisation des solides à la fois de leurs structures et leurs propriétés électriques. Les deux parties ont le même poids dans l’ensemble.

La partie « Caractérisation structurale » comportera une description des méthodes avancées de caractérisation par rayons X et notamment la détermination structurale des poudres cristallines et la diffraction résonante. D’autre aspects de la physique des rayons X et leurs applications seront abordées : diffraction en incidence rasante, absorption X (EXAFS) et diffraction en incidence rasante, permettront de donner des compétences générales pour l’étude structurale dans la science des matériaux.

Le deuxième volet sera dédié à la caractérisation « électrique » des matériaux par des techniques récentes d’impédance complexe, d’effet Hall ou propriétés associées telles que l’effet Ettinsghausen.

Structure de la matière » et notions de « Classes de matériaux ».

M. van Meerssche, J. Feneau-Dupont, Introduction à la cristallographie et à la chimie structurale, , éd Peeters, Leuven, 1984 J. Als-Nielsen, D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, John Wiley and sons, Ne York, 2004 G. Burns, M. Glazer, Space groups for solid state scientists, Academic Press, 2013.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

David BERARDAN Anne BLEUZEN.

Cette UE a deux parties distinctes (une "chimie douce" et "matériaux massifs").

L'UE comprend deux parties: 1-Elaboration de nanomatériaux par voie de chimie douce, 2-Elaboration des matériaux polycristallins ou monocristallins "massifs". Les deux parties du cours s'attachent à développer les différentes stratégies à mettre en œuvre pour élaborer des matériaux inorganiques sous forme nanocristalline ou sous forme massive.
L'objectif principal de la première partie est de montrer comment la maîtrise des réactions de polymérisation en solution et du procédé de mise en forme permettent de façonner un matériau sur mesure
L'objectif de la seconde partie est d'exploiter la connaissance des diagrammes de phase pour mettre en œuvre des stratégies de synthèses de matériaux polycristallins (nanostructurés ou non) ou polycristallins, en prenant en compte l'existence des défauts.

Notions de chimie des solides, thermodynamique.

* B.R. Pamplin, « Crystal Growth », Pergamon Press * W.D. Callister, « Fundamentals of materials science and engineering », Hoboken * F. Bensebaa, « Nanoparticle Technologies From Lab to Market », Academic Press * D. Bernache-Assollant et coll., « Chimie Physique du Frittage », Hermès * J.F. Marucco, « Chimie des Solides », EDP Sciences *C. J. Brinker, G. W. Scherer "Sol-gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-gel Processing", Gulf Professional Publishing, 1990 *J.-P. Jolivet, " De la solution à l'oxyde."InterEditions / CNRS éditions, 1994.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier.

ORSAY

Karima RAFES.

Cette unité d'enseignement permet de « comprendre comment les graphes de connaissances scientifiques se construisent dans le Web des données » et de « savoir les mettre à jour et les interroger ». Les données scientifiques deviennent librement réutilisables par tous les scientifiques au travers de leurs machines. Par exemple, les éléments et leurs alliages ainsi que leurs caractéristiques sont maintenant disponibles au travers du Web des données.
Après un rappel des concepts des technologies du Web, cet enseignement se concentrera sur les outils nécessaires pour qu’un étudiant puisse naviguer au travers des données structurées de la science des matériaux et qu’il puisse réutiliser ces données au travers de leurs outils informatiques.

Un langage informatique (python ou javascript, R, etc.).

K. Rafes (2019). Le Linked Data à l'université. Université Paris-Saclay, 2019. Français. ?NNT : 2019SACLS032?. ?tel-02003672? Yu, L. (2011). A developer’s guide to the semantic Web. Springer Science & Business Media. DuCharme, B. (2013). Learning SPARQL: querying and updating with SPARQL 1.1. " O'Reilly Media, Inc.".

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Nita Dragoe Philippe Lecoeur.

L’objectif de cet enseignement est d’acquérir des compétences expérimentales notamment dans la caractérisation avancée des matériaux. Les travaux pratiques proposés portent sur : diffraction électronique et microscopie, caractérisation des surfaces par XPS, analyse des données de diffraction de rayons X par la méthode de Rietveld et mesure d’une propriété de transport (résistivité électrique et/ou effet Seebeck).

Cristallographie, Interactions ondes matière.

Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Raphael HAUMONT.

L’enseignement sera effectué sous forme de cours, séminaires (intervenants extérieurs par exemple), et également des TD-études de cas (exemple : article scientifique, revue de presse sur de récentes technologies ou produits innovants, etc…).

Cette UE aborde la synthèse, structure est propriétés des matériaux fonctionnels modernes notamment la supraconductivité, la ferro électricité, les nouveaux enjeux tels que le recyclage d’énergie (piézoelectricité) ou encore le stockage de données (mémoires à 4 états, matériaux multiferroïques…).

Notions de chimie des solides, défauts, structures cristallines.

Z. Ye, Handbook of Advanced Dielectric, Piezoelectric and Ferroelectric Materials: Synthesis, Properties and Applications, 2008.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

NastarMaylise SchulerThomas SoissonFrédéric.

Cette unité d’enseignement vise à présenter les principaux phénomènes cinétiques dans les alliages. Chaque phénomène sera illustré par des expériences et des simulations à l’échelle atomique, et rationnalisé à l’aide des théories sous-jacentes. Les travaux dirigés associés au cours s’appuieront sur une modélisation à l’échelle atomique du transport de la matière combinée à des outils de physique statistique de transfert d’échelle, ceci pour mieux appréhender les phénomènes de diffusion et de transformation de phase macroscopiques. Deux séances de simulation numérique à l’échelle atomique compléteront les séances de cours/travaux dirigés. Bien que les illustrations du cours soient principalement centrées sur les métaux et leurs alliages, cette unité d’enseignement vise à établir un cadre théorique général qui donnera aux étudiants les connaissances fondamentales en thermodynamique et cinétique des matériaux pour comprendre et maîtriser les phénomènes de vieillissement, et plus généralement l’ensemble des processus d’endommagement des matériaux contrôlés par la diffusion des atomes (inter-diffusion en volume et dans les multicouches, précipitation d’une phase secondaire, oxydation, ségrégation sous irradiation, etc.).

Mathématique : Equations différentielles, transformées de Fourier, loi binomiale Thermodynamique : Energies libres, potentiel chimique, Diagramme de phase Cinétique : le cours « Master 1 - Cinétique des matériaux à l’état solide » principalement axé sur les concepts de base de la diffusion est une introduction à cette UE qu’il n’est pas indispensable d’avoir suivi.

J. Philibert, « diffusion et transport de matière dans les solides », les éditions de physique, (1990). H. Mehrer, Diffusion in solids, Springer Series in Solid State Sciences (2007). A.R. Allnatt and A. B. Lidiard, in “Atomic Transport in Solids”, Cambridge University Press, (1993). Bernard Diu, Danielle Lederer, Bernard Roulet, dans "Physique statistique", Edition Hermann, (1996). David Porter and K. E. Easterling, in “Phase Transformations in Metals and Alloys”, Stanley Thornes (Publisher) Ltd, (2000).

Octobre - Novembre - Décembre.

ORSAY

Talal Mallah Pierre Sénéor.

L'UE comprend deux parties: Magnetisme moléculaire et magnétisme du solide avec des application en électronique de spin.

Prérequis : Notions de mécanique quantique. Notions du modèle de bandes. Modèle du champ cristallin et des orbitales moléculaires. Spectroscopie des éléments de transition.

Molecular Magnetism, Olivier Kahn, VCH Publishers, 1993.

Septembre - Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Jérôme CREUZE.

Cette UE aborde la simulation numérique avec une approche pratique.

Cette UE se veut être une introduction aux simulations à l’échelle atomique en science des matériaux en apportant les connaissances nécessaires pour concevoir et réaliser un projet dans lequel ces simulations interviennent, sans pour autant avoir besoin de programmer un algorithme en particulier mais en présentant tout de même les principaux outils mathématiques numériques de base inhérents à la résolution des équations sous-jacentes à ces simulations. Elle est séparée en cinq grandes parties : i) Le monde vue à l’échelle atomique ; ii) Formalisme associé à l’échelle atomique ; iii) Décrire les interactions entre atomes ; iv) Préparer et lancer une simulation ; v) Analyser les résultats. Une large part du temps dévolu à cette UE consiste à réaliser des mini-projets directement sur machine afin de rendre concret les concepts et techniques abordés en cours.

Physique et chimie du solide, outils mathématiques.

* V. Brazdova et D. R. Bowler, « Atomistic Computer Simulations: a practical guide », Wiley-VCH * T. J. H. Vlugt et coll., « Introduction to Molecular Simulation and Statistical Thermodynamics », available from http://www.phys.uu.nl/?vlugt/imsst * D. S. Sholl et J. A. Steckel, « Density Functional Theory: a Practical Introduction », John Wiley & Sons * D. Frenkel et B. Smit, « Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applcations », Computational Science Series * M. P. Allen et D. J. Tildesley, « Computer Simulation of Liquids », Oxford Science Publications *D. P. Landau et K

Octobre - Novembre - Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

LancryMatthieu; U Paris Saclay GhazzalMohamed, U Paris Saclay Ollier Nadége, CEA Saclay.

A la fin de ce module l'élève devra avoir assimilé les concepts de :
- Matériaux vitreux : notions de formateurs, modificateurs de réseau...
- Structure des verres silicatés et spectroscopies Raman, IRTF et RMN.
- Relation structure propriétés physico-chimiques des verres d’oxydes
- Méthodes d'élaboration du verre: "méthode industriel" et "sol-gel"
- Techniques d'évaluation/caractérisation des propriétés physiques du verre
- Verres intelligents/fonctionnels: de l'élaboration à l'application
- Verre de confinement de déchets nucléaires
- Verres pour l’optique et fibres optiques.

Base de chimie des solides, thermodynamique des solides, diagramme de phase, base sur les propriétés mécaniques des matériaux.

Les verres et l'état vitreux, J. Zarzycki, Masson éditions, 1982 DU VERRE AU CRISTAL - NUCLÉATION, CROISSANCE ET DÉMIXTION, DE LA RECHERCHE AUX APPLICATIONS, EDP Science Nouvelle, Collection Science des matériaux, 2013.

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Tiberiu MINEA Philippe LECOEUR.

La première partie concerne les propriétés / structure des matériaux en couches minces, l'énergie de surface, les moyens de la minimiser, les interactions avec le support (substrat) et les problèmes d'interface.
La seconde partie concerne les techniques de dépôt de films minces avec un focus sur la PVD et la PECVD. On introduit le plasma comme un outil permettant d'agir à l'échelle atomique. On présente les procédés plasmas et particulièrement de dépôt / gravure.

Connaissances sur les matériaux (structure, défauts, etc.) ; Thermodynamique Connaissances du vide et de la physico-chimie de gaz.

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Nita DRAGOE Jérôme CREUZE.

Le but du projet est de former les étudiants à mener une recherche bibliographique sur un sujet d’intérêt dans le domaine des matériaux. Idéalement le sujet bibliographique serait de en lien avec le stage de recherche ou dans un domaine en lien avec la valorisation. Le choix du sujet doit être accepté par l'équipe pédagogique.
Le travail consiste en une synthèse d'articles scientifiques généraux sur le sujet ou une rédaction en lien avec la valorisation -TRL 3 ou supérieur- afin de dégager l'état de l'art du sujet (un mémoire de moins de 15 pages).

Décembre - Janvier - Février.

ORSAY

Nita DRAGOE Jérôme CREUZE Philippe LECOEUR.

L'évaluation du stage consiste dans l’analyse du rapport de stage, de la soutenance orale mais aussi sur la base de l’évaluation de la conduite dans l'équipe d'accueil et le travail effectué.

Un stage d'une durée de 20 semaines minimum est obligatoire afin de valider l'année. Ce stage doit se dérouler dans un laboratoire de recherche académique ou industriel, sur un sujet en lien avec les matériaux.

Février - Mars - Avril - Mai - Juin - Juillet.

ORSAY