Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo utilisent la spectroscopie de perte d'énergie électronique pour comprendre le comportement thermique local aux joints de grains dans les polycristaux. Crédit :Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo
Les polycristaux sont des matériaux solides constitués de nombreux petits cristaux. Les points de rencontre des cristaux sont appelés joints de grains (GB). Les Go sont importants car ils peuvent affecter le comportement du solide. Cependant, les techniques d'analyse conventionnelles sont incapables de mesurer les détails à l'échelle nanométrique à Gos. Maintenant, des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont utilisé la spectroscopie de perte d'énergie électronique (EELS) pour étudier l'effet du chauffage sur les GB de titanate de strontium (SrTiO3 ). Leurs découvertes sont publiées dans Nano Letters .
Les GB affectent la façon dont les ions se déplacent à travers un matériau, la façon dont il conduit et réagit à la chaleur, et la façon dont il réagit lorsque des forces sont appliquées. Ils jouent donc un rôle important pour décider si un matériau est adapté à un usage particulier.
Le coefficient de dilatation thermique (CTE) indique comment la taille d'un matériau change lorsqu'il est chauffé. Si cela est différent autour des GB par rapport à la masse d'un matériau, des fissures peuvent se former. Cela peut entraîner des défaillances à grande échelle, qui peuvent avoir de graves implications pour la structure ou le processus dans lequel le matériau a été utilisé.
Les techniques classiquement utilisées pour étudier la dilatation thermique locale n'ont pas la résolution à l'échelle nanométrique requise pour mesurer directement la dilatation autour des GB. Les chercheurs ont donc utilisé EELS avec la microscopie électronique à balayage pour améliorer la résolution.
"Nous avons examiné la dilatation thermique autour de deux Go différents dans SrTiO3 — un où les grains se rencontraient à un angle de 36,8° (qui porte le nom particulier de S5) et un autre où ils se rencontraient à 45° », explique le premier auteur de l'étude, Kunyen Liao. « Plus précisément, nous avons étudié comment le CTE a changé perpendiculairement à ces GB. lorsque la température a été augmentée dans la plage de 100 à 700 °C."
Il a été constaté que le CTE perpendiculaire au S5 GB était 3 fois supérieur à celui de l'expansion dans le volume, tandis que celui perpendiculaire au 45° GB n'était que 1,4 fois supérieur. Les résultats fournissent des preuves directement mesurées que les GB améliorent le CTE, ce qui a des implications importantes pour le choix des matériaux spécifiques à l'application.
"En plus de révéler la variation des propriétés thermodynamiques à différents Go dans SrTiO3 , nos découvertes démontrent le potentiel d'EELS pour fournir des détails à l'échelle nanométrique sur les propriétés locales », déclare l'auteur correspondant de l'étude, Teruyasu Mizoguchi. « Nous espérons que notre étude fournira un moyen d'établir les propriétés thermiques locales d'une gamme de matériaux différents et facilitera la sélection. processus pour de nombreux produits, des pièces automobiles à l'électronique." + Explorez davantage
