STM Studies of Synthetic Peptide Monolayers

We have used scanning probe microscopy to investigate self-assembled monolayers of chemically synthesized peptides. We find that the peptides form a dense uniform monolayer, above which is found a sparse additional layer. Using scanning tunneling microscopy, submolecular resolution can be obtained, revealing the alpha helices which constitute the peptide. The nature of the images is not significantly affected by the incorporation of redox cofactors (hemes) in the peptides.Comment: 4 pages, 3 figures (4 gifs); to appear in the Proceedings of the XIIth Int. Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials "Molecular Nanostructures", Kirchberg/Tyrol, Febr. 199

Test d'usure d'outils modifiés ou non lors du déroulage de MDF

International audienceDes revêtements à base de nitrure de chrome réalisés par pulvérisation triode ont été testés en déroulage et défonçage du bois. L'efficacité des revêtements triode a été montrée en usinage de MDF (Medium Density Fiberboard), donc dans des conditions sévères de coupe, ainsi qu'en défonçage d'OSB (Oriented Strand Board) où un revêtement CrN de 1μm d'épaisseur permet d'usiner 9 fois plus qu'un outil non revêtu [1]. Le but de cette étude est d'examiner comment on peut améliorer la tenue à l'usure des outils de coupe dans l'opération de déroulage du MDF, en traitant la partie active de l'outil. Les modifications des surfaces actives des couteaux consistent à appliquer des films durs (CrAlN, CrSiN), qui ont déjà donné des résultats prometteurs dans l'opération de défonçage du MDF [2], l'un des facteurs limitant dont il faut nous affranchir est l'adhérence des couches déposées sur les outils de coupe. C'est pourquoi nous avons testé des traitements duplex (nitruration ionique+dépôt magnétron). Ces revêtements ont également été testés en simulant les chocs que peuvent générer les noeuds dans un billon. Les revêtements de CrAlN ont été réalisés par PVD sur un bâti dual magnétron RF alors que les couches de CrSiN ont été obtenues par l'institut FEMTO/ST de Besançon dans le cadre d'un projet de recherche. La nitruration ionique a été réalisée dans un four de traitement thermochimique BMI. Le processus d'usinage a été effectué sur une microdérouleuse instrumentée, le matériau utilisé étant du MDF (Medium Density Fiberboard)

Structure, propriétés, mécaniques et résistance à l'oxydation de revbêtements durs de type nanocomposite élaborés par pulvérisation magnétron réactive (influence de la nature des éléments constitutifs de films Zr-Si-N, Zr-Ge-N et Ti-Si-N)

Les revêtements nanocomposites, apparus dans le milieu des années 90, permettent d'accroître efficacement les propriétés mécaniques et la résistance à l'oxydation à chaud de nitrure de métaux de transition traditionnellement rencontrés dans la protection d'outils de coupe et de mise en forme. L'objectif de ce travail consiste en l'étude des effets du non-métal sur les propriétés de revêtements durs des systèmes Zr-Si-N, Zr-Ge-N et Ti-Si-N élaborés par pulvérisation magnétron réactive. Une étude préliminaire a permis de distinguer les conditions opératoires permettant d'obtenir des films de ZrN et de TiN les plus proche de la stœchiométrie. Nous montrons que les systèmes dopés au silicium passent d'une solution solide à une structure nanocomposite puis amorphe selon la teneur en silicium des couches. Les effets de la composition et de la tension de polarisation sur l'ensemble des propriétés de ces films sont aussi envisagés. Nos investigations montrent que leur structure nanocomposite apportent une amélioration de la résistance à l'oxydation et des propriétés mécaniques aux films à base de silicium. Pour le système Zr-Ge-N, la nitruration plus difficile du germanium ne semble pas conduire à la ségrégation nécessaire à l'établissement d'une structure nanocomposite mais conduit à une meilleure tenue à l'oxydation. De manière générale, le dopant joue un rôle actif dans la stabilisation par effet de " taille de grains " de la couche d'oxyde formée.Nanostructured coatings, born in the middle of nineteenth, are able to improve efficiently mechanical and oxidation resistance of transition metal nitrides usually encountered in the field of tool protecting and forming coatings. The aim of this work consists in the study of sputter deposited Zr-Si-N, Zr-Ge-N and Ti-Si-N hard coatings. Preliminary study presents the best elaboration conditions bringing to the nearest stoichiometric nitride films. This work shows that the structure of silicon containing systems passes from a solid solution to a nanocomposite and an amorphous one versus the film's silicon contents. Composition and bias voltage effects are also envisaged in term of control of the main properties of the films. Oxidation resistance and mechanical properties show a good compromise when a nanocomposite structure is reached. Despite a good oxidation resistance, the lower nitridation of the Ge seems not leading to the formation of nanocomposite coatings for the Zr-Ge-N system. By and large, the occurrence of the oxide phase is linked by a grain size effect when adding a doping element.BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocSudocFranceF

Test d’usure d’outils modifiés ou non lors du déroulage de MDF

Des revêtements à base de nitrure de chrome réalisés par pulvérisation triode ont été testés en déroulage et défonçage du bois. L’efficacité des revêtements triode a été montrée en usinage de MDF (Medium Density Fiberboard), donc dans des conditions sévères de coupe, ainsi qu’en défonçage d’OSB (Oriented Strand Board) où un revêtement CrN de 1μm d’épaisseur permet d’usiner 9 fois plus qu’un outil non revêtu [1]. Le but de cette étude est d’examiner comment on peut améliorer la tenue à l’usure des outils de coupe dans l’opération de déroulage du MDF, en traitant la partie active de l’outil. Les modifications des surfaces actives des couteaux consistent à appliquer des films durs (CrAlN, CrSiN), qui ont déjà donné des résultats prometteurs dans l’opération de défonçage du MDF [2], l’un des facteurs limitant dont il faut nous affranchir est l’adhérence des couches déposées sur les outils de coupe. C’est pourquoi nous avons testé des traitements duplex (nitruration ionique+dépôt magnétron). Ces revêtements ont également été testés en simulant les chocs que peuvent générer les noeuds dans un billon. Les revêtements de CrAlN ont été réalisés par PVD sur un bâti dual magnétron RF alors que les couches de CrSiN ont été obtenues par l’institut FEMTO/ST de Besançon dans le cadre d’un projet de recherche. La nitruration ionique a été réalisée dans un four de traitement thermochimique BMI. Le processus d’usinage a été effectué sur une microdérouleuse instrumentée, le matériau utilisé étant du MDF (Medium Density Fiberboard)

Etude de systèmes ternaires à base de Cr et N pour applications mécaniques sur outils de coupe destinés à la transformation du bois

Les actes de ce colloque francophone ont été mis sur un CD-Rom, pas en version papier.Le présent travail se propose d'étudier les propriétés physico-chimiques et mécaniques de revêtements PVD nanocristallins ou nanocomposites (CrAlN, CrSiN) obtenus sur différents substrats et destinés à la première et seconde transformation du bois une fois leur optimisation effectuée. Pour cela, les couches de CrAlN obtenues par magnétron RF ont subit des observations au MEB afin de déterminer la morphologie des couches alors que de la microanalyse EDS a défini leur composition. La structure des couches a été déterminée par diffraction de rayons X. Nous avons alors mesuré l’épaisseur des couches par profilométrie et par interférométrie puis on en a déduit les contraintes internes de celles-ci. L’adhérence et la dureté des couches ont été obtenues par scratch-tests et nanoindentation. Enfin, des analyses plus fines telles que de l’XPS et du SIMS ont été réalisées afin de déterminer les phases en présence dans ces couches. La co-pulvérisation réactive des cibles de Cr et Si en position confocale, est un procedé séduisant pour l’élaboration de films de CrSiN avec une structure nanocomposite du type nc-CrN/a-SiNx. Les analyses EDS et les caractérisations par DRX et nanoindentation confirment dans ces films la présence de phase cristallisée de type CrN et la possibilité de faire varier leur teneur en silicium corrélée avec des changements de dureté.Conseil Régional de Bourgogne ainsi que le Conseil Régional de Franche-Comté dans le cadre de ce projet transrégional intitulé « ROBUS », CTBA cofinanceur de la thèse de C. Labid

Transmittance enhancement and optical band gap widening of Cu2O thin films after air annealing

Équipe 104 : NanomatériauxInternational audienceCu2O thin films have been grown on glass substrates at room temperature by reactive magnetron sputtering. As-deposited films exhibit high electrical resistivity and low optical transmittance. To improve the film properties, post annealing treatments in air at various temperatures have been performed. Low temperature annealing (<300 degrees C) avoids the film oxidation into CuO and the films remain single-phased. In this temperature range, the annealing in air enhances the transmittance in the visible region due to the decrease of the defect scattering. Moreover, the optical band gap of Cu2O thin films is enlarged from 2.38 to 2.51 eV with increasing annealing temperature. The increase of optical band gap accompanying the reduction of Urbach energy indicates that the widening of optical band gap may result from the partial elimination of defect band tail after thermal annealing in air. Combining experimental results with recent reported calculations, the peak at about 1.7 eV in photoluminescence spectra is assigned to the recombination of first conduction band minimum to copper vacancy

Thermo-kinetic approach to the crystallization mechanism of thermochromic SmNiO₃ thin films:An in situ study in air-annealing

Rare-earth nickelates (RNiO3) are an interesting oxide family because of their remarkable and reversible properties related to their structural changes. However, until recently, nickelates were difficult to synthesize without severe or sophisticated conditions. Consequently, a deep understanding of the nucleation and growth process for these versatile perovskites still lacks to date. Here, by correlation of the theory and the experimental data, is presented a clarification of the crystallization mechanism involved for SmNiO3-δ thin films synthesized by a simple route that combines reactive magnetron sputtering and air-annealing. A thermo-kinetic approach to the amorphous-to-crystalline phase transformation is developed after following the evolution over time at 475, 500, and 525 °C through in situ high-temperature X-ray diffraction. Then, the kinetic parameters, the optimal temperature, and the necessary activation energy of transformation are determined from the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) model. Notably, the emergence of contrasting grains created on the free surfaces compared to the nanocrystallites formed from the bulk is revealed from the detailed study at 500 °C by Transmission electron microscopy. As classical nucleation theory outlines, such a growth difference is associated with heterogeneous and homogeneous processes. Furthermore, the progression with the annealing time of the crucial stabilization of the Ni3+ and the electronic structure is analyzed by Electron energy-loss spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Finally, the optical properties measurements demonstrate a metal-insulator transition (MIT) at 125 °C, a thermochromic performance of 32%, and mainly, the crystallization significance to achieve functional nickelates thin films, which pave the way as promising candidates for solar thermal applications.</p

Physical and Mechanical Properties of CrAlN and CrSiN Ternary Systems for Wood Machining Applications

International audienceNowadays, almost all the cutting tools in metal machining are protected with a surface treatment. Nevertheless, this is not the case in woodmachining where no tools are protected, except by thermal treatments, and so they present a previous wear because of the use of steel or carbide materials in milling, sawing, routing, etc. During these processes, the tools are particularly exposed to abrasive and shock wear. To enhance their wear resistance, one solution is to protect them with hard coatings. The present study deals with the development of ternary systems (CrAlN and CrSiN) obtained by two PVD different magnetron sputtering systems [‘A’ (laboratory where CrAlN layershave been obtained) and ‘B’ (laboratory where CrSiN layers have been obtained) in the following text] on carbide WC–Co tools used in second transformation of wood to be compared to the binary CrN one. CrAlN and CrSiN films were deposited with different Al and Si contents, respectively, in order to check the effect of the additive element (Al or Si) on the different properties of the Cr–N system. The different coatings were characterized by SEM and EDS for thickness measurements, morphology and composition analyses, respectively, by nanoindentation for hardness and Young’s modulus measurements and by pin-on-disc to determine their friction coefficient. Routing of medium density fibreboard (MDF) was realized employing untreated or modified carbide WC–Cotools in order to compare their wear resistance. We observed that the Al and the Si addition improved the hardness and the Young’s modulus of the Cr–N system (‘A’: 29 and 410 GPa, respectively, ‘B’: 18 and 280 GPa, respectively). Indeed, the hardness values are 15–36GPa for CrAlN and 15–24 GPa for CrSiN coatings. Besides, the Young’s modulus values are 331–520GPa for CrAlN and 260–320 GPa for CrSiN coatings. The friction coefficient of the CrAlN layers varied between 0.6 and 0.7 and it increased slightly with the Al content. For the CrSiN coatings, the friction coefficientwas lower and about 0.4. In both cases, the CrN layers ‘A’ and ‘B’ presented similar friction coefficient than CrAlN and CrSiN, respectively. During the routing of MDF, the CrN ‘A’ coating has a similar wear behaviour than the optimized CrAlN one (5 at.% of Al) while the optimized CrSiN coating (1.2 at.% of Si) showed a better behaviour against wear than the CrN ‘B’ one. The wear resistance of CrAlN- and CrSiN-coated carbide tools ecreased when the Al and Si contents increased