Notre projet

Notre projet est consacré à l’étude des pyrocarbones.

Nous souhaitons mieux en connaître la relation entre structure et propriétés.

Pour cela, de nombreux moyens de caractérisation seront employés.

Nous souhaitons également en faire des reconstructions atomistiques pour en déduire des propriétés physiques par calcul.

Nous utiliserons pour cela divers outils d’analyse et synthèse d’images.

Nous avons le soutien de différents organismes pour développer une approche sur 4 ans.

Ce message est également disponible en : Anglais

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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

Les hydrocarbures sont placés dans un réacteur chaud en absence d’air. Il subissent une pyrolyse, c’est-à-dire une décomposition thermique. Les molécules obtenues peuvent se recombiner entre elles, comme dans le craquage/réformage de l’industrie pétrochimique. Au contact d’une surface (un substrat), ces molécules se déposent et contribuent à la création de carbone.

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

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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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 :

  1. 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
  2. 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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