Thermique et Solidification

International audienceNous montrons l'importance des phénomènes thermiques dans tous les aspects de la solidification: - sur le plan théorique, en démontrant que l'écart à la température d'équilibre est le moteur de la solidification - sur le plan expérimental, en présentant les diverses mesures thermiques qui permettent de contrôler la croissance - sur le plan technique, où les calculs de thermique sont à la base du dimensionnement des appareillages - au niveau de la simulation numérique des procédés où les codes de thermique sont très largement employé

Numerical study of Gezon experiment

International audienceTo prepare the microgravity experiment of crystal growth by floating zone method, GEZON, numerical studies of hydrodynamics of the melt are carried out. Calculations of zone length and convection driven by surface-tension gradients are presented for germanium floating zone operating under microgravity conditions. Results of linear stability analysis show the instability of intense thermocapillarity convection needed to be damped by using a magnetic field; the critical magnetic induction is obtained. it is expected to grow a striation-free crystal with this magnetic fiel

Time Dependence of Tip Morphology during Cellular/Dendritic Arrayed Growth

Succinonitrile-1.9 wt pct acetone has been directionally solidified in 0.7 X 0.7-cm-square cross section pyrex ampoules in order to observe the cell/dendrite tip morphologies, not influenced by the 'wall effects', which are present during growth in the generally used thin (about 200 gm) crucibles. The tips do not maintain a steady-state shape, as is generally assumed. Instead, they fluctuate within a shape envelope. The extent of fluctuation increases with decreasing growth speed, as the micro structure changes from the dendritic to cellular. The influence of natural convection has been examined by comparing these morphologies with those grown, without convection, in the thin ampoules

Strategies for Controlled Placement of Nanoscale Building Blocks

The capability of placing individual nanoscale building blocks on exact substrate locations in a controlled manner is one of the key requirements to realize future electronic, optical, and magnetic devices and sensors that are composed of such blocks. This article reviews some important advances in the strategies for controlled placement of nanoscale building blocks. In particular, we will overview template assisted placement that utilizes physical, molecular, or electrostatic templates, DNA-programmed assembly, placement using dielectrophoresis, approaches for non-close-packed assembly of spherical particles, and recent development of focused placement schemes including electrostatic funneling, focused placement via molecular gradient patterns, electrodynamic focusing of charged aerosols, and others

Scaling analysis of convective solute transport and segregation in Bridgman crystal growth from the doped melt

Convective transport is well known to have a decisive influence on the macrosegregation encountered in metallic or semi-conductor crystals grown from an impure or doped melt. In the present paper, this problem is studied with the help of an order of magnitude analysis of the set of balance equations for mass, momentum and solute in the melt and at the growth interface. The different solute transport regimes are defined and the scaling laws of the solute boundary layer extent are obtained in each regime. Finally, the corresponding types of macrosegregation in the solidified crystal are derived. Our predictions compare favorably with the results of numerical simulations and ground-based as well as microgravity experiments. Thus our analysis provides a simple way to predict macrosegregation as a function of the physical properties of the system as well as the imposed experimental conditions : sample dimensions, growth rate, thermal gradients, gravity orientation and level. The extension of the method to other crystal growth situations is suggested.Il est bien connu que le transport convectif a une influence décisive sur la macroségrégation observée dans les cristaux métalliques ou semi-conducteurs solidifiés à partir du bain fondu impur ou dopé. Nous étudions ce problème, dans le cas de la solidification Bridgman, à l'aide d'une analyse en ordres de grandeur des équations de bilan pour la masse, la quantité de mouvement et le soluté, dans le bain liquide et à l'interface. Nous définissons les différents régimes de transport de soluté et nous obtenons la loi d'échelle vérifiée dans chaque régime par l'étendue de la couche limite de soluté. Enfin, nous en déduisons les différents types de macroségrégation dans le cristal. Nos prédictions sont en accord avec les résultats des simulations numériques et des experiences effectuées au sol ou en conditions de microgravité. Ainsi notre analyse fournit une méthode simple pour prédire la macroségrégation en fonction des propriétés physiques du système et des conditions expérimentales imposées : dimensions de l'échantillon, vitesse de croissance, gradients thermiques, orientation et niveau de gravité. Nous suggérons l'extension de notre méthode à d'autres configurations de croissance cristalline

Liquid layer deformation under horizontal thermal gradient

We consider a free-surface liquid layer convecting under an applied horizontal temperature gradient. The surface gets slightly titled by an angle which depends on layer thickness through competing capillary and gravity effects. This result might be of some interest in Marangoni solidification set ups. It also opens up a new way of accurately measuring the surface-tension temperature coefficient.Nous étudions une couche liquide à surface libre en convection sous un gradient thermique appliqué horizontalement. Capillarité et gravité se conjuguent pour donner une légère inclinaison de la surface, sous un angle qui dépend de l'épaisseur de la couche. Ce résultat peut présenter un certain intérêt en solidification Marangoni. Surtout, il débouche sur le principe d'une mesure précise du coefficient de température de la tension de surface