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MFS

12 février 2015

Présentation de l’équipe Matériaux Fonctionnels et de Structure (MFS)

Cette équipe de recherche s’intéresse à la synthèse et à l’optimisation des propriétés fonctionnelles et structurales des matériaux. Nous travaillons d’une part à l’optimisation des conditions de synthèse de différents composés, d’autre part à l’amélioration des conditions de mise en forme afin de garantir la fiabilité des propriétés des matériaux en service. Les travaux effectués au sein de cette équipe se distinguent par leur pluridisciplinarité, tant du point de vue des matériaux étudiés (céramiques, métaux, polymères et composites) que de leurs propriétés (électriques, magnétiques, supraconductrices, mécaniques, optiques,…). Une partie de ces études concerne également l’impact des conditions de miniaturisation sur les propriétés, et les phénomènes multiphysiques couplés (thermoélectricité, couplages magnétomécaniques,…).

Les chercheurs et enseignants-chercheurs de cette équipe travaillent en étroite collaboration avec le milieu industriel, grâce à des partenariats forts avec le tissu industriel local et des contrats collaboratifs au niveau national et international. Ces études partenariales s’effectuent par le biais du soutien logistique de deux entités complémentaires au laboratoire CRISMAT :

- Le CNRT Matériaux, UMS 3318 CNRS/ENSICAEN/Université de Caen/Université du Havre. Sa mission est d’accompagner la recherche technologique partenariale dans les domaines spécifiques des matériaux fonctionnels et de structures pour l’industrie.
- Le LAMIPS (LAboratoire de MIcroélectronique et de Physique des Semiconducteurs), laboratoire mixte sous cotutelles du CRISMAT et des sociétés NXP Semiconductors et Presto Engineering Europe. Sa mission est de mettre au point des méthodes innovantes en caractérisation et analyse de systèmes microélectroniques.

L’ensemble des travaux scientifiques menés au sein de cette équipe de recherche peut se décliner en quatre activités / groupes brièvement décrit(e)s ci-dessous.

Groupe Céramiques Fonctionnelles
Ce groupe de recherche focalise ses activités sur la synthèse et le frittage de composés céramiques de type oxydes, sulfures, carbures, siliciures en s’intéressant particulièrement aux techniques de densification telles que le frittage conventionnel, SPS (Spark Plasma Sintering) ou encore micro-ondes. Une activité spécifique est d’ailleurs axée sur la compréhension des phénomènes associés aux interactions micro-ondes / matière dans le but de développer la technique de frittage par chauffage micro-onde (modélisation, développement de cellules de frittage etc). D’une manière générale, un intérêt particulier est porté aux aspects fondamentaux du frittage sur des matériaux de grande diffusion (alumine, oxyde de zinc), en recherchant à comprendre les relations microstructures, mécanismes de densification et procédés de densification. Sur des matériaux plus complexes, recherchés pour leurs propriétés particulières (diélectriques, thermoélectriques, supraconducteurs etc.), l’accent est mis sur l’optimisation des propriétés fonctionnelles par modification des compositions (dopage, synthèse de solutions solides ou de composites etc.) ou encore, par nanostructuration (influence d’un précurseur nanostructuré ?) ou le développement de microstructures particulières (nature et distribution des pores par exemple ?). Ainsi, nos investigations visent à étudier les mécanismes de frittage mais également à corréler les analyses structurales et observations microstructurales aux propriétés étudiées.

Sélection d’articles (2010-2015)
[10]. J. G. Noudem, S. Quetel-Weben, R. Retoux, G. Chevallier, C. Estournes, “Thermoelectric properties of Ca0.9Yb0.1MnO3-x prepared by spark plasma sintering in air atmosphere”, Scripta Materialia 68 (2013) 949–952.
[9]. D. Kenfaui, P-F. Sibeud, E. Louradour, X. Chaud, J. G. Noudem, “An effective approach for the development of reliable YBCO bulk cryomagnets with high trapped field performances" to Advanced Functional Materials”, Adv. Funct. Mat 24 (2014) 3996-4004.
[8]. J.G. Noudem, M. Aburras, P. Bernstein, X. Chaud, M. Muralidhar and M. Murakami, “Development in processing of MgB2 cryo-magnet superconductors”, J. Appl. Phys 116 (2014) 16916 ; 10.1063/1.4900725.
[7]. A. Sotelo, E. Guilmeau, Sh. Rasekh, M.A. Madre, S. Marinel, J.C. Diez, “Enhancement of the thermoelectric properties of directionally grown Bi–Ca–Co–O through Pb for Bi substitution”, Journal of the European Ceramic Society 30 (2010) 1815–1820.
[6]. E. Savary, F. Gascoin, S. Marinel, “Fast synthesis of nanocrystalline Mg2Si by microwave heating : a new route to nano-structured thermoelectric materials”, Dalton Transactions, 39 (2010) 11074-11080.
[5]. A. Sotelo, Sh. Rasekh, M.A. Madre, E. Guilmeau, S. Marinel, J.C. Diez, “Solution-based synthesis routes to thermoelectric Bi2Ca2Co1.7Ox”, Journal of the European Ceramic Society 31 (2011) 763-1769.
[4]. A. Badev, S. Marinel, R. Heuguet, E. Savary, D. Agrawal : “Sintering behavior and non-linear properties of ZnO varistors processed in microwave electric and magnetic fields at 2.45 GHz”, Acta Materialia 61 (2013) 7849-7858.
[3]. F. Kharchouche, E. Savary, A. Thuault, S. Marinel, S. d׳Astorg, M. Rguiti, S. Belkhiat, C. Courtois, A. Leriche : “Effects of microwave sintering on intrinsic defects concentrations in ZnO-based varistors”,. Ceramics International, 40 (2014) 13697-13701.
[2]. P. Díaz-Chao, F. Giovanelli, O. Lebedev, D. Chateigner, L. Lutterotti, F. Delorme, E. Guilmeau, “Textured Al-doped ZnO ceramics with isotropic grains”, J. Eur. Ceram. Soc. 34 (2014) 4247.
[1]. M. Beaumale, T. Barbier, Y. Bréard, G. Guelou, A.V. Powell, P. Vaqueiro, E. Guilmeau : “Electron doping and phonon scattering in Ti1+xS2 thermoelectric compounds”, Acta Materialia 78 (2014) 86.

Exemples illustratifs

Groupe Métallurgie Physique

Ce groupe s’intéresse aux évolutions des propriétés thermomécaniques des matériaux métalliques, à leur interprétation en termes d’observations métallographiques (optique, MEB, MET), et à l’établissement de lois de comportement avec prise en compte de l’endommagement (température, corrosion, irradiation, effets multiphysiques couplés). Une attention particulière est donnée au rôle des surfaces et interfaces (décohésion nodules/matrice dans les fontes GS ; interfaces ferrite/martensite dans les aciers dualphase,…) et aux changements d’échelles, tant au niveau de la microstructure (transition contraintes internes intergranulaires/transgranulaires) qu’à l’échelle de la structure (transition volume-surface des propriétés mécaniques, tenue mécanique des produits minces, nanostructuration). Nos travaux portent également sur le contrôle non destructif des matériaux et des structures par l’intermédiaire de l’analyse du couplage entre écrouissage et propriétés électromagnétiques (bruit Barkhausen, bruit électrique).

Sélection d’articles (2010-2015)

[10]. C. KELLER, E. HUG, A.M. HABRAKEN, L. DUCHENE : "Effect of stress path on the miniaturization size effect for nickel polycrystals”, International Journal of Plasticity, vol.64, 2015, pp.26-39.
[9]. G. MARNIER, C. KELLER, J. NOUDEM, E. HUG : "Functional properties of a spark plasma sintered ultrafine-grained 316L steel”, Materials & Design, vol.63, 2014, pp.633-640.
[8]. A. GUEYDAN, B. DOMENGES, E. HUG : "Study of the intermetallic growth in copper-clad aluminum wires after thermal aging”, Intermetallics, vol.50, 2014, pp.34-42.
[7]. P.A. DUBOS, E. HUG, S. THIBAULT, M. BEN BETTAIEB, C. KELLER : "Size effects in thin face centered cubic metals for different complex forming loadings”, Metallurgical and Materials Transactions A, vol.44, n°12, 2013, pp.5478-5487,.
[6]. B. Abbey, F. Hofmann, J. Belnoue, A. Rack, R.T. Tachoueres, G. Hughes, S. Eve, A.M. Korsunsky, “Mapping the dislocation sub-structure of deformed polycrystalline Ni by scanning microbeam diffraction topography”, Scripta Materialia 64 (2011) 884-887.
[5]. E. HUG, S. THIBAULT, D. CHATEIGNER, L. MAUNOURY : "Nitriding aluminium alloys by N-multicharged ions implantation : correlation between surface strengthening and microstructure modifications", Surface and Coatings Technology, vol.206, 2012, pp.5028-5035.
[4]. E. HUG, N. BELLIDO : "Brittleness study of intermetallic (Cu,Al) layers in copper-clad aluminium thin wires", Materials Science and Engineering A, vol.A528, 2011, pp.7103-7106.
[3]. A.M. Korsunsky, F. Hofmann, X. Song, S. Eve, S.P. Collins “Probing Deformation Substructure by Synchrotron X-ray Diffraction and Dislocation Dynamics Modelling”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 10 (2010) 5935-5950.
[2]. C. KELLER, E. HUG, X. FEAUGAS : "Microstructural size effects on mechanical properties of high purity nickel", International Journal of Plasticity, vol.27, 2011, pp.635-654.
[1]. C. KELLER, E. HUG, R. RETOUX, X. FEAUGAS : “TEM study of dislocation patterns in near-surface and core regions of deformed nickel poylcrystals with few grains across the cross section”, Mechanics of Materials, vol.42, 2010, pp.44-54.

Exemples illustratifs

Groupe Composites et Matériaux de Structure

Ce groupe s’intéresse aux propriétés thermostructurales des matériaux composites. Les travaux menés s’articulent principalement autour de trois axes : Réduction des coûts énergétiques, impact environnementaux et allègement des structures (composites à fibres végétales).

Sélection d’articles (2010-2015)

[5]. C. Sonnenfeld, S. Sulejmani, T. Geernaert, S. Eve, N. Lammens, G. Luyckx, E. Voet, J. Degrieck, W. Urbanczyk, P. Mergo, M. Becker, H. Bartelt, F. Berghmans, H. Thienpont, “Micro-structured optical fiber sensors embedded in laminate composite for smart material applications”, Sensors, 11 (2011) 2566-2579.
[4]. K. Charlet, J.-P. Jernot, S. Eve, M. Gomina, J. Breard, “Multi-scale morphological characterisation of flax : from the stem to the fibrils”, Carbohydrate Polymers 82 (2010) 54-61.
[3]. A. Thuault, S. Eve, D. Blond, J. Bréard, M. Gomina, “Effects of the hygrothermal environment on the mechanical properties of flax fibres”, Journal of Composite materials 48 (2013) 1699-1707.
[2]. D. Blond, B. Vieille, M. Gomina, L. Taleb, “Correlation between physical, microstructure and thermo-mechanical behavior of PPS-based composites processed by stamping”, Journal of Reinforced Plastics and Composites 2014.
[1]. Chafei S., Khadraoui F., Boutouil M., Gomina M. : “Effect of flax fibers treatments on the rheological and the mechanical behavior of a cement composite”, Construction and Building Materials 2014.

Groupe Matériaux et Systèmes pour l’Electronique

Dans ce groupe, étroitement lié aux activités du laboratoire mixte LAMIPs, l’effort porte sur la charactérisation micro- et nano-structurale des matériaux employés dans les sytèmes microlélectroniques complexes. Cinq thèmes distincts sont abordés : analyse de défaillance, caractérisation de matériaux, fiabilité, caractérisation et modélisation électriques de radiofréquences et hyperfréquences, et développement de procédés.

Sélection d’articles (2010-2015)

[5]. Y. Guhel, T. Toloshniak, J. Bernard, A. Besq,R. Coq Germanicus, J. El Fallah, J.C. Pesant, P. Descamps, B. Boudart, “Rapid thermal annealing of cerium dioxide thin films sputtered onto silicon (111) substrates : Influence of heating rate on microstructure and electrical properties”, Materials Science in Semiconductor Processing 30 (2015) 352–360.
[4]. D. Pasquet, P. Descamps, D. Lesenechal, “Trends on noise parameters measurement for high frequency devices and their modelling”, IEEE MTT Microwave review 19 (2013) 102-111.
[3]. P. Descamps, D. Abessolo-Bodzo, P. Poirier, “Improved Test Structure for on-wafer microwave characterization of components”, Microwave and Optical letters 53 (2011) 249-254.
[2]. Delaroque T., Domenges B., Danilo L., Colder A., “Comprehensive nano-structural approach of SSRM nanocontact on silicon”, Microelectronics Reliability 51 (2011) 1693-1696.
[1]. Domenges B. and Charlet K., “Direct insights on flax fiber structure by a Focused Ion Beam Microscopy study”, Microsc. and Microanal. 16 (2010) 175-182.

Exemples illustratifs