Synthèse et caractérisations mécaniques et supraconductrices de céramiques d'oxyde (Bi,Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x texturées par frittage-forgeage

The high-TC superconducting (110 K) BPSCCO-2223 oxide has been synthesized as a nearly single phase powder by a sol-gel route. The chemical process and sintering conditions are detailed herein, as is a study of the low activation energy which confirms that this route enhances the phase formation kinetics.The resultant powder has been sinter-forged under air into dense, monolithic, highly-textured discs by optimizing the processing conditions such as temperature (845°C), stress (~15 MPa) and time under load (~ 20 hours), that lead to a slow but high deformation, without decomposition.Bars cut from these discs exhibit reproducible critical current densities having values above 10000 A/cm2 at 77 K under self field but which strongly decrease with applied magnetic field, owing to the low angle c-axis misalignment of the platelet Bi-2223 grains and their weak vortice pinning along this axis. Bean critical current densities reach up to 105 A/cm2 at 10 K under low field and have a weak field dependence at this temperature (3 104 A/cm2 under 5 T, field parallel to c). Texture quality, heat treatment post-synthesis (air or 7.5% O2), and residual second phase amounts are clearly demonstrated to influence the critical current density. The highly oriented nature of the grains leads to very anisotropic mechanical properties. Hardness, elasticity and fracture toughness have been characterized and depend strongly on the sinter-forging conditions. A fracture initiated towards the sinter-forging axis preferentially propagates normal to it (i.e. along ab-direction of the grains), where cleaving is easier but fracture propagation is slowed by bridging effects between grains along the c-axis. This enhances the fracture toughness to 3 MPa.m½ for the sharpest textures. The density in such highly textured bulk ceramics (w/o silver) is above 95 % of the XRD theoretical one, and this leads to a Young’s modulus of ~100 GPa, a flexural strength of ~ 180 MPa. This material parameters combined with pseudo-metallic behavior of the Bi-2223 phase are responsible for the interesting mechanical properties which are useful in technological applications such as current leads and fault current limiters.L’oxyde supraconducteur à haute TC (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223) a été synthétisé en phase pure aux rayons X, par une voie sol-gel. La procédure chimique et les conditions de frittage sont détaillées. Une étude comparative de l’énergie d’activation confirme que la voie sol-gel accélère lacinétique de formation de la phase 2223, très lente en synthèse classique de poudre.Cette poudre a été mise sous forme de céramiques monolithiques denses par frittage forgeage sous air. Le cycle de forgeage a été optimisé (température, charge et temps de maintien) afin d’obtenir des disques hautement texturés après une déformation lente mais importante, limitant toute decomposition de la phase.Des barreaux extraits de ces disques transportent des densités de courant critique de plus de 10000 A/cm2 en continu à 77 K en champ extérieur nul mais ces valeurs sont fortement affaiblies par un champ magnétique extérieur à cause d’un alignement imparfait des grains et du piégeage faible le long de leur axe cristallographique c, à cette température. Par contre, les densités de courant critique en aimantation mesurées à 10 K atteignent 105 A/cm2, et dépendent faiblement du champ (3 10^4 A/cm2 sous 5 Teslas). L’influence de la qualité de la texture, du recuit post forgeage et du taux de phases secondaires résiduelles sur les propriétés supraconductrices est mise en évidence dans cette étude.La texture, due à la forme des grains et au forgeage unidirectionnel conduit à des céramiques aux propriétés mécaniques très anisotropes. Les caractérisations de dureté, d’élasticité et de ténacité en fonction des conditions de forgeage le montrent clairement. Une fissure initiée le long de l’axe de forgeage se propage préférentiellement le long du plan des grains où le clivage est aisé, mais est freinée par l’existence d’un fort pontage intergranulaire, responsable d’une ténacité allant jusqu'à 3 MPa.m½. La quasi absence de porosité dans ces céramiques très texturées, le module élastique qui en découle (~ 100 GPa) et le caractère pseudo-métallique des phases supraconductrices au bismuth confèrent des propriétés mécaniques intéressantes pour la réalisation d’applications technologiques comme les amenées et limiteurs de courant

Antibacterial properties of Ag-TiO2 composite sol-gel coatings

This study reveals the connection between the silver-doping method, the resulting nature and amount of the silver dopant together with the structural properties and the long-term antibacterial activity of composite coatings.</p

Synthèse et caractérisations mécaniques et supraconductrices de céramiques d'oxyde (Bi,Pb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x texturées par frittage-forgeage

The high-TC superconducting (110 K) BPSCCO-2223 oxide has been synthesized as a nearly single phase powder by a sol-gel route. The chemical process and sintering conditions are detailed herein, as is a study of the low activation energy which confirms that this route enhances the phase formation kinetics.The resultant powder has been sinter-forged under air into dense, monolithic, highly-textured discs by optimizing the processing conditions such as temperature (845°C), stress (~15 MPa) and time under load (~ 20 hours), that lead to a slow but high deformation, without decomposition.Bars cut from these discs exhibit reproducible critical current densities having values above 10000 A/cm2 at 77 K under self field but which strongly decrease with applied magnetic field, owing to the low angle c-axis misalignment of the platelet Bi-2223 grains and their weak vortice pinning along this axis. Bean critical current densities reach up to 105 A/cm2 at 10 K under low field and have a weak field dependence at this temperature (3 104 A/cm2 under 5 T, field parallel to c). Texture quality, heat treatment post-synthesis (air or 7.5% O2), and residual second phase amounts are clearly demonstrated to influence the critical current density. The highly oriented nature of the grains leads to very anisotropic mechanical properties. Hardness, elasticity and fracture toughness have been characterized and depend strongly on the sinter-forging conditions. A fracture initiated towards the sinter-forging axis preferentially propagates normal to it (i.e. along ab-direction of the grains), where cleaving is easier but fracture propagation is slowed by bridging effects between grains along the c-axis. This enhances the fracture toughness to 3 MPa.m½ for the sharpest textures. The density in such highly textured bulk ceramics (w/o silver) is above 95 % of the XRD theoretical one, and this leads to a Young’s modulus of ~100 GPa, a flexural strength of ~ 180 MPa. This material parameters combined with pseudo-metallic behavior of the Bi-2223 phase are responsible for the interesting mechanical properties which are useful in technological applications such as current leads and fault current limiters.L’oxyde supraconducteur à haute TC (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x (Bi-2223) a été synthétisé en phase pure aux rayons X, par une voie sol-gel. La procédure chimique et les conditions de frittage sont détaillées. Une étude comparative de l’énergie d’activation confirme que la voie sol-gel accélère lacinétique de formation de la phase 2223, très lente en synthèse classique de poudre.Cette poudre a été mise sous forme de céramiques monolithiques denses par frittage forgeage sous air. Le cycle de forgeage a été optimisé (température, charge et temps de maintien) afin d’obtenir des disques hautement texturés après une déformation lente mais importante, limitant toute decomposition de la phase.Des barreaux extraits de ces disques transportent des densités de courant critique de plus de 10000 A/cm2 en continu à 77 K en champ extérieur nul mais ces valeurs sont fortement affaiblies par un champ magnétique extérieur à cause d’un alignement imparfait des grains et du piégeage faible le long de leur axe cristallographique c, à cette température. Par contre, les densités de courant critique en aimantation mesurées à 10 K atteignent 105 A/cm2, et dépendent faiblement du champ (3 10^4 A/cm2 sous 5 Teslas). L’influence de la qualité de la texture, du recuit post forgeage et du taux de phases secondaires résiduelles sur les propriétés supraconductrices est mise en évidence dans cette étude.La texture, due à la forme des grains et au forgeage unidirectionnel conduit à des céramiques aux propriétés mécaniques très anisotropes. Les caractérisations de dureté, d’élasticité et de ténacité en fonction des conditions de forgeage le montrent clairement. Une fissure initiée le long de l’axe de forgeage se propage préférentiellement le long du plan des grains où le clivage est aisé, mais est freinée par l’existence d’un fort pontage intergranulaire, responsable d’une ténacité allant jusqu'à 3 MPa.m½. La quasi absence de porosité dans ces céramiques très texturées, le module élastique qui en découle (~ 100 GPa) et le caractère pseudo-métallique des phases supraconductrices au bismuth confèrent des propriétés mécaniques intéressantes pour la réalisation d’applications technologiques comme les amenées et limiteurs de courant

Design of membrane materials and multifunctionnal systems for gas and vapor separations

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Contribution à l'étude microstructurale des couches minces supportées a-SiOXCY:H et autres membranes poreuses

Les travaux présentés dans ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches sont divisés en deux parties.Le premier chapitre est consacré à l'élaboration de films par CVD assistée par plasma (PECVD) de type a-SiOXCY:H à partir de différents précurseurs organosiliciés et conditions expérimentales, leur caractérisation physicochimique et microstructurale ainsi que leur utilisation en tant que membranes pour la séparation de gaz. Cette étude amène à la conclusion qu'une meilleure connaissance du réseau amorphe est nécessaire pour comprendre l'immobilisation et le transfert d'espèces à travers ces matériaux.Le second chapitre présente une famille de méthodes de caractérisation couplant l'absorption et l'adsorption de molécules sondes avec des méthodes de caractérisation dédiées à l'analyse de couches minces supportées : l'ellipsométrie, la réflectométrie des rayons X aux bas angles, la gravimétrie par microbalance à quartz, toutes les trois couplées chacune avec un dispositif permettant la sorption et la désorption contrôlées de différents gaz et différentes vapeurs. Elles s'appliquent donc aux films minces PECVD mais aussi à tout matériau en couche mince supportée de type polymère ou céramique. Ces techniques de caractérisation in situ, tout à fait intéressantes dans le cadre de l'étude des membranes car elles permettent d'analyser les interactions pénétrant – matrice, sont en cours de développement et apporteront des informations pour la compréhension des mécanismes de transfert.Mots-clefs : PECVD, couches minces et membranes, nanoporosité, EP, QCM, RR

Fragmentation en PECVD de précurseurs organisiliciés pour le dépôt de membranes sélectives

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CVD techniques for gas separation membranes synthesis - characterization - applications.

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Plasma Membranes

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Membranes and plasma processing: from synthesis to applications

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CVD techniques for gas separation membranes synthesis - characterization - applications

Membranes used in the separation of gas phase have found a number of important applications. In the past few years, the development of inorganic membranes, which have numerous advantages (thermal and mechanical stabilities, steam cleaning ability...) paved the way for high temperature applications. Inorganic membranes are widely used in gas separation processes such as reversible dehydrogenation reaction, O2/N2separation, CO2 and volatil organic compounds recovery...Usually, inorganic membranes (SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Pd...) are deposited on porous substrates in the sol-gel way. CVD techniques can be used as an alternative process for the deposition of very thin films in a wide range of temperature. The membranes deposited belong to the oxide, nitride, carbide and mixted metal compounds. We will present the different CVD techniques used in membranes synthesis : conventional CVD and OMCVD, counterdiffusion CVD, plasma assisted CVD. From a porous substrate, the CVD techniques lead to the pore diameter reduction or film deposition on the top of the membrane and plugs penetrating the pore entrance. Some examples of gas separation membranes coated by CVD will be developed