Objectifs du programme
Il y a trois objectifs principaux.
Le premier objectif de ce projet est d’obtenir des représentations atomistiques réalistes de plusieurs pyrocarbones laminaires (LR,LL,LRe), tel quels et après des traitements thermiques plus ou moins prolongés. pour cela il faudra :
- Créer une base de données expérimentale de matériaux avec leurs propriétés
Propriétés mesurées
- Masse volumique
- Taux d’hydrogène
- Grandeurs cristallographiques d002, La, Lc, etc …
- Fonction de Distribution de Paires (Diffraction de Neutrons ou RX)
- Clichés HRTEM
- Données spectroscopiques (Raman, EELS, etc )
- Propriétés mécaniques (élasticité, etc…) et thermiques
- Améliorer la méthode de reconstruction atomistique en utilisant les nouvelles données comme contraintes de reconstruction
Le second objectif est de calculer des propriétés mécaniques et thermiques à partir des modèles atomistiques reconstruits: c’est essentiel pour comprendre la relation structure/propriétés.
Le troisième objectif est d’arriver à une description mésoscopique des pyrocarbones laminaires en termes de domaines cohérents ou pseudo-cohérents. Pour cela on utilisera des données directes (HRTEM-DF) et indirectes (reconstructions basées sur HRTEM-LF). Le résultat sera un changement d’échelle : la mésostructure sera comprise à partir de la nanostructure et de l’imagerie.
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Nos premiers résultats
NB : Tous les résultats sont détaillés in extenso dans les publications et communications.
Des nouvelles récentes sont postées dans le blog.
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Différents types de pyrocarbone
Les pyrocarbones, ou carbones pyrolytiques, sont des carbones denses, cousins du graphite, obtenus par dépôt chimique à partir de la phase vapeur (DCPV ou CVD pour Chemical Vapor Deposition), à partir d’hydrocarbures. Ils constituent la matrice des composites carbone/carbone, et les revêtements de divers matériaux (valves cardiaques par ex.)
CVD des pyrocarbones
Suivant la composition exacte de la phase gazeuse, qui dépend de son degré de maturation (importance du processus de craquage/réformage) la nanotexture d’un pyrocarbone est variable. Celle-ci est décrite par : la densité, les longueurs de cohérence le long des plans de type graphène La et perpendiculairement à ces plans Lc, la densité de défauts, l’anisotropie optique, …
Trois types différents de pyrocarbone dits "laminaires"
Les plus intéressants des pyrocarbones obtenus à basse température sont les pyrocarbones laminaires:
Les Laminaires Rugueux (LR) ou Colonnaires (LC) sont les plus denses (2.13 g/cm3) et ont les plus grandes longueurs de cohérence La (6-7 nm) et Lc (4-5 nm). Ils sont très anisotropes et ont peu de défauts.
Les Laminaires Régénérés (LRe) ou Hautement anisotropes (LHA) sont aussi anisotropes que les LR bien qu’ils soient les plus riches en défauts locaux. Leur densité (2.09 g/cm3), La (4-5 nm) et Lc (2-4 nm), sont un peu inférieurs à celles des LR.
Les Laminaires Lisses (LL) sont moins anisotropes. Leur densité est plus basse (env. 1.9 g/cm3) et les longueurs de cohérence La (4-5 nm) et Lc (2-4 nm) également. Leur densité de défauts est intermédiaire entre les LR et les LRe.
Contrairement aux LR et LRe , les LL ne sont pas graphitables (ou graphitisables), c’est-à-dire qu’ils ne se réarrangent pas en graphite polycristallin lorsqu’on les porte à haute température (env. 2500°C). Les propriétés mécaniques et thermiques sont donc très différentes, bien qu’il s’agisse presque du même matériau !
Il y a encore d’autres pyrocarbones, bien moins anisotropes, comme le Laminaire Sombre et l’Isotrope.
Plus d’infos sur la caractérisation des pyrocarbones
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