Influence d'entrefers à base de ferrites sur l'effet self-inductif dans un circuit magnétique (Application à basse fréquence)

Le ballast sert à allumer et réguler le courant dans un tube fluorescent. Il comprend une bobine entourée par un noyau possédant un entrefer. Dans le but de limiter le courant en cas d'échauffement anormal, il a été envisagé de remplacer l'entrefer, formé d'une feuille d'aluminium, par un matériau présentant une perméabilité thermiquement croissante entre 20 et 200ʿC. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une convention CIFRE avec la Société Vossloh Schwabe France. Après une présentation théorique du système et un chapitre expérimental, ce mémoire présente le premier matériau considéré, le grenat de gadolinium Gd3Fe5O12 , qui est un ferrimagnétique à point de compensation situé vers 20ʿC. Au-delà de cette température, son aimantation augmente, propriété recherchée. Des entrefers ont été réalisés en Gd3Fe5O12 à partir de bandes obtenues par coulage de barbotine, puis frittage à haute température. Les échantillons ont été caractérisés par diffraction des RX et mesures magnétiques au Foner et au SQUID. Après leur insertion dans un ballast, nous avons suivi la variation thermique de l'inductance de ce dernier. L'effet recherché est bien observé mais se limite aux tensions inférieures à 25 V, ceci en relation avec la saturation magnétique du matériau d'entrefer. Pour limiter ce phénomène, nous avons modifié les caractéristiques de l'entrefer en jouant sur sa densité, son épaisseur et sa composition en substituant le Gd3Fe5O12 par de l'yttrium ou de l'aluminium. Cependant, nous observons la même limitation en voltage. Nous nous sommes alors tournés vers d'autres ferrites de type Ni0,5Zn0,5Fe2O4 ou Mn0,495Zn0,41Fe2,063O4 ou Ba3Co2Fe24O41, matériaux dont la perméabilité magnétique augmente entre 20 et 200ʿC. Ces matériaux ont été mis en forme de la même façon que le Gd3Fe5O12 et les mêmes caractérisations ont été effectuées. Dans aucun cas on ne retrouve l'évolution très nette avec la température pour les tensions inférieures à 25 V.The aim of this thesis was to replace the Aluminum sheets in a ballast by a magnetic substance to increase the life time of fluorescent tubes. The principal problem that reduces the latter is the short circuit in the system comprising the starter, the tube and the ballast. This work was done within a collaboration between an academic partner, IPCMS, and an industrial one, Vossloh Schwabe France. Three families of Ferrite magnets having the (a) Garnet, (b) Spinel and (c) Hexagonal structure, have been synthesized and characterized using X-ray diffraction, Faraday, VSM and SQUID magnetometers at IPCMS and their performance evaluated at Vossloh. One of the required elements is a material that has a magnetic permeability increasing from 20 to 200ʿC. The three choices were based on the range of the Curie temperatures (150ʿC< TC < 300ʿC), saturation magnetization and coercivities (0-100 Oersted). For Gd3Fe5O12, with a compensation temperature of 20ʿC, gives the best performance in a limited voltage range. The inductance increases from 20 to 200ʿC for applied voltage less than 20V and decreases for higher voltages. The temperature dependence of the inductance is similar for different thickness of the air-gap or filling densities. However, the value at the maximum decreases with lowering filling-density or increasing thickness. On substituting Gd for Y and Fe for Al the measured inductance scales with the magnetization and not to the permeability. Both the Spinel and the hexagonal ferrites have low performances due to the high magnetization.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Elaboration de cellules photovoltaïques hybrides solides à base d'oxyde de zinc nanostructuré

Cette thèse est consacrée à l élaboration de cellules photovoltaïques hybrides solides sensibilisées à colorant, composées d une couche dense de germes de ZnO recouverte de nanobâtonnets de ZnO sensibilisés par un colorant et infiltrés par du spiro-OMeTAD. La couche dense de germes de ZnO a été optimisée, afin qu elle soit compacte, homogène et bien orientée. Les nanobâtonnets sont synthétisés par voie hydrothermale. L influence de différents paramètres de synthèse sur la morphologie des nanobâtonnets a été testée. Deux méthodes permettant de modifier l écart entre les nanobâtonnets ont également été mises au point. Les performances des cellules photovoltaïques varient en fonction de la longueur des nanobâtonnets, du colorant utilisé, de la durée de vieillissement des cellules à l air, l atmosphère, la température Enfin, nous avons réussi à obtenir un rendement dépassant 1%, ce qui est supérieur à la meilleure performance publiée actuellement (0,25%) pour le même type de dispositif.This thesis deals with solid state dye sensitized solar cells in which dye sensitized ZnO nanorods are associated with spiro-OMeTAD (solid hole conductor). Nanorods are grown on the top of a dense ZnO seed layer. The growth of a dense, homogeneous and well oriented layer is achieved after optimization of the deposition procedure. ZnO nanorods are obtained after submitting the dense ZnO layer to an hydrothermal treatment. The nanorods morphology evolution with reactants concentration, reaction temperature and time, was determined. The solar cells performances depend also on the nanorods length, the type of dye, the cell ageing time in air, the atmosphere and the cell temperature The best performance published nowadays (0.25%) for our type of photovoltaic devices is really inferior to the 1% efficiency we obtained.STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF

Enhancement of styrene conversion in organic/inorganic hybrid materials by using malononitrile in controlled radical polymerization

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Couches minces de Sr2FeMoO6 élaborées par ablation laser pour des jonctions tunnel magnétiques

Lorsque deux couches ferromagnétiques sont séparées par une fine couche isolante (ou semi-conductrice) le transport électronique est autorisé par effet tunnel. Ce type d empilement, qui est appelé jonction tunnel magnétique, est très prometteur au niveau des applications. La magnétorésistance observée est alors appelée magnétorésistance tunnel. La magnétorésistance tunnel est liée à la polarisation en spin des électrodes, c est-à-dire qu elle est liée à l asymétrie des densités d états des électrodes au niveau de Fermi pour les deux directions de spin. Une solution pour avoir une polarisation plus importante et par conséquent une magnétorésistance élevée est d utiliser des oxydes ferromagnétiques à caractère demi-métallique, pour lesquels le niveau de Fermi passe au cœur d une bande d énergie dans l une des directions de spin et passe par un gap d énergie dans l autre direction. L enjeu est d obtenir un demi-métal à température ambiante.Nous nous somme intéressés au demi-métal double pérovskite Sr2FeMoO6, matériau qui offre une température de Curie relativement élevée, et qui est donc potentiellement demi-métallique à température ambiante. La synthèse sous forme de poudre et le dépôt en couches minces par ablation laser de ce matériau sont étudiés grâce à différentes techniques. Enfin, des jonctions tunnel magnétiques à base de Sr2FeMoO6 sont élaborées et les propriétés de transport sont examinées.When two ferromagnetic layers are separated by a thin insulator (or semiconductor), the electronic transport is enabled by tunnelling. This type of stack, called magnetic tunnel junction, is very promising for applications. The magnetoresistance observed in this case is called tunnel magnetoresistance. It is related to the spin polarization of the electrodes, in other words to the asymmetry of the density of states of the electrodes at Fermi energy for the two spin directions. A solution to obtain a higher spin polarization and thus a high magnetoresistance is to use half-metallic ferromagnetic oxides, for which the Fermi energy crosses an energy band for one spin direction and a band gap for the other direction. The challenge is to obtain a half-metal at room temperature.We focus on the half-metal double perovskite Sr2FeMoO6, which offers a relatively high Curie temperature, and is therefore potentially half-metallic at room temperature. The powder synthesis and the thin film deposition by pulsed laser deposition are studied using various techniques. Finally, magnetic tunnel junctions based on Sr2FeMoO6 are grown and the transport properties are examined.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Stabilisation de microbulles de gaz par des tensioactifs semi-fluorés et des nanoparticules d'oxyde de fer

Nous avons étudié la stabilisation de microbulles d air par les tensioactifs semi-fluorés CF3(CF2)n-1(CH2)mOP(O)(OH)2 (FnHmPhos, où n = 8, 10, m = 2) et des nanoparticules magnétiques d oxyde de fer et de ferrite de cobalt. Ces nouveaux objets combinant propriétés acoustiques et magnétiques pourraient servir d agent de contraste à la fois en échographie et en imagerie IRM. Nous avons étudié des propriétés physico-chimiques des tensioactifs en solution et à l interface aireau. Nous avons montré par tensiométrie dynamique et par des études de films de Langmuir que les tensioactifs F8H2Phos et F10H2Phos forment des monocouches dont le module élastique est très élevé, ce qui favorise la stabilisation de bulles de petite taille ainsi que de bulles non-sphériques. Nous avons proposé une approche de dégonflement/gonflement contrôlé en faisant varier la pression dans la bulle par la température et nous avons étudié le froissement de la paroi des bulles pendant le dégonflement. Des microbulles portant des nanoparticules ont été obtenues dans une suspension des nanoparticules d oxyde de fer ou de ferrite de cobalt en présence de F8H2Phos ou F10H2Phos, en déstabilisant la suspension par NaCl, ce qui permet de diminuer la barrière électrostatique entre les nanoparticules et la surface des bulles et de favoriser l adsorption. Les microbulles obtenues sont stables pendant plus d une semaine grâce à la paroi rigide des nanoparticules.The stabilization of air microbubbles by semi-fluorinated surfactants CF3(CF2)n-1(CH2)mOP(O)(OH)2 (FnHmPhos, where n = 8, 10, m = 2) and iron oxide nanoparticles was studied in order to design novel microbubbles that possess both acoustical and magnetic properties. Such microbubbles have potential applications as dual constrast agents by enhancing the signals from both ultrasonography and MRI imaging. We have studied physic-chemical properties of the surfactants in solution and at water-air interface. We have demonstrated by dynamic tensiometry and studies of Langmuir monolayers that F8H2Phos and F10H2Phos form highly elastic interfacial films that are favorable for long-term stabilization of small bubbles and bubbles of non-spherical shape. We designed an approach of temperature-controlled pumping/shrinking of the microbubbles and demonstrated the correlation of the collapse structures of the bubble shell with microbubble stability. The stabilization of microbubbles by iron oxide or cobalt ferrite nanoparticles was achieved by destabilizing the nanoparticle suspension in the presence of F8H2Phos or F10H2Phos. Under these conditions the nanoparticles were adsorbed onto the surface of the microbubbles forming a rigid shell which enhanced their stability and lengthened their lifetime to greater than one week.STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF

NI/FE ALLOY-MAGNETITE COMPOSITES - STABILITY IN VACUUM

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Effect of covalent grafting on mechanical properties of TiO2/polystyrene composites

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Synthèse et fonctionnalisation de nanoparticules d oxydes de fer magnétiques

Dans une première partie, la synthèse, par co-précipitation suivi d un traitement hydrothermal, de nanoparticules de magnétite avec des tailles et des distributions de taille contrôlées a été mise en point en faisant varier divers paramètres tels que le pH, la nature de la base et le rapport Base/Fe. Des nanoparticules de 12 (+- 2) nm mais surtout de 39 (+- 5) nm avec une composition moyenne Fe2,95O4 et constituées d un coeur de magnétite stoechiométrique et d une couche extérieure oxydée ont été obtenues. Dans une deuxième partie, une méthodologie a été mise en place pour greffer à la surface des nanoparticules des molécules organiques fonctionnelles avec une liaison forte et directe. Nous avons testé différents agents de couplage : le groupement carboxylate généralement le plus utilisé et des groupements phosphate et phosphonate. Nous avons montré que ces derniers permettaient un ancrage plus fort à la surface de la nanoparticule et un taux de greffage plus élevé que l agent de couplage carboxylate. Le greffage se fait principalement par interaction avec les ions Fe3+ des sites Oh des plans (111) les plus denses. Les propriétés magnétiques ne sont pas modifiées avec le phosphonate et le phosphate, alors que le carboxylate induit un canting de spin dans la couche oxydée diminuant l aimantation. L'optimisation des conditions de greffage a conduit à des suspensions très stables dans l eau et le THF.In the first part, magnetite nanoparticles with controlled size have been synthesized by co-precipitation followed by hydrothermal treatment. By varying different parameters like the pH, the nature of the bases and the Base/Fe ratio, we were able to obtain, nanoparticles with an average size of 12 (+- 2) nm but especially of 39 (+- 5) nm with global composition: Fe2.95O4 which can be described by a core-shell system with stoechiometric magnetite as core and oxidized layer as shell. In the second part, we report, our results on the direct and strong bonding of functional organic molecules onto the surface of this nanoparticles using either phosphate, phosphonate or carboxylate groups as coupling agents. These studies have shown that the nanoparticles functionalised by a phosphate or phosphonate groups allowed stronger bonding on the surface of the nanoparticles, higher grafting rate than the carboxylate groups and especially the conservation of the magnetic properties. The grafting occurs mainly by interaction with the Fe3+ in octahedral sites present in the (111) denser plane. The magnetic properties are not modified with phosphonate and phosphate, whereas the carboxylate induce a canting of spin in the oxidized layer decreasing magnetization. Optimisation of grafting conditions has conducted to very stable suspensions in water and THF.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Superparamagnetic nanoparticle detection using gradiometer induction sensors for intraoperative localization tumor tool

International audienceOur study concerns nano-objects consisting in an iron oxide core of 10(±2) nm or 20(±5) nm size, which exhibit superparamagnetic behavior, whose shell is constituted of dendrons carrying a dye. The characterization of the magnetic properties of these nano-objects together with their relaxivity into MRI will be presented in this poster. Their detection in an intraoperative context requires an instrument able to detect the extremely weak magnetic signature of the superparamagnetic nanoparticle in a noisy environment. A magnetic probe based on an AC magnetic field excitation of the nano-object coupled to an inductive gradiometer sensor has been designed to achieve this measurement. A conductive layer surrounding the probe is used to provide a shielding, thanks to the eddy current which will limit the leakage magnetic field outside of the probe. The principle of the probe and its ability to measure the magnetic signature of the magnetic nano-objects will be discussed

Superparamagnetic nanoparticle detection using gradiometer induction sensors for intraoperative localization tumor tool

International audienceOur study concerns nano-objects consisting in an iron oxide core of 10(±2) nm or 20(±5) nm size, which exhibit superparamagnetic behavior, whose shell is constituted of dendrons carrying a dye. The characterization of the magnetic properties of these nano-objects together with their relaxivity into MRI will be presented in this poster. Their detection in an intraoperative context requires an instrument able to detect the extremely weak magnetic signature of the superparamagnetic nanoparticle in a noisy environment. A magnetic probe based on an AC magnetic field excitation of the nano-object coupled to an inductive gradiometer sensor has been designed to achieve this measurement. A conductive layer surrounding the probe is used to provide a shielding, thanks to the eddy current which will limit the leakage magnetic field outside of the probe. The principle of the probe and its ability to measure the magnetic signature of the magnetic nano-objects will be discussed