Etude numérique de la formation de nano-agrégats créés lors de l'ablation laser à courtes impulsions PDF Download
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Book Description
Le but de cette étude est de comprendre la formation et l’évolution des nano-agrégats créés lors de l’ablation laser à courtes impulsions. L’ablation du matériau, la formation et l’évolution du panache sont simulées à partir d’un modèle combinant la dynamique moléculaire (DM) et la technique de simulation directe de Monte Carlo (DSMC). L’influence des paramètres des agrégats et du milieu gazeux entourant l’agrégat sur ses processus d’évaporation et de condensation est analysée au moyen de la DM. Les taux d’évaporation et de condensation obtenus sont directement transférés à la partie DSMC du modèle combiné. Enfin, plusieurs simulations DM-DSMC de l’expansion du panache à grande échelle démontrent la dynamique du panache et l’évolution des agrégats. Deux mécanismes d’évolution d’agrégats sont mis en évidence : par éjection du matériau et par les collisions lors de l’expansion du panache. Une comparaison de nos résultats avec les expériences montre un bon accord pour la prédiction de la distribution en taille des agrégats
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Le but de cette étude est de comprendre la formation et l’évolution des nano-agrégats créés lors de l’ablation laser à courtes impulsions. L’ablation du matériau, la formation et l’évolution du panache sont simulées à partir d’un modèle combinant la dynamique moléculaire (DM) et la technique de simulation directe de Monte Carlo (DSMC). L’influence des paramètres des agrégats et du milieu gazeux entourant l’agrégat sur ses processus d’évaporation et de condensation est analysée au moyen de la DM. Les taux d’évaporation et de condensation obtenus sont directement transférés à la partie DSMC du modèle combiné. Enfin, plusieurs simulations DM-DSMC de l’expansion du panache à grande échelle démontrent la dynamique du panache et l’évolution des agrégats. Deux mécanismes d’évolution d’agrégats sont mis en évidence : par éjection du matériau et par les collisions lors de l’expansion du panache. Une comparaison de nos résultats avec les expériences montre un bon accord pour la prédiction de la distribution en taille des agrégats
Author: Maxime Gill-Comeau Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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L'ablation de cibles d'Al nanocristallines (taille moyenne des cristallites d = 3,1 et 6,2 nm) par impulsions laser ultrabrèves (200 fs) a été étudiée par l'entremise de si- mulations combinant la dynamique moléculaire et le modèle à deux températures (two- temperature model, TTM) pour des fluences absorbées allant de 100 à 1300 J/m2. Nos simulations emploient un potentiel d'interaction de type EAM et les propriétés électro- niques des cibles en lien avec le TTM sont représentées par un modèle réaliste possédant une forme distincte dans le solide monocristallin, le solide nanocristallin et le liquide. Nous avons considéré l'effet de la taille moyenne des cristallites de même que celui de la porosité et nous avons procédé à une comparaison directe avec des cibles mono- cristallines. Nous avons pu montrer que le seuil d'ablation des métaux nanocristallins est significativement plus bas, se situant à 400 J/m2 plutôt qu'à 600 J/m2 dans le cas des cibles monocristallines, l'écart étant principalement dû à l'onde mécanique plus im- portante présente lors de l'ablation. Leur seuil de spallation de la face arrière est aussi significativement plus bas de par la résistance à la tension plus faible (5,40 GPa contre 7,24 GPa) des cibles nanocristallines. Il est aussi apparu que les contraintes résiduelles accompagnant généralement l'ablation laser sont absentes lors de l'ablation de cibles d'aluminium nanocristallines puisque la croissance cristalline leur permet d'abaisser leur volume spécifique. Nos résultats indiquent aussi que le seuil de fusion des cibles nano- cristallines est réduit de façon marquée dans ces cibles ce qui s'explique par la plus faible énergie de cohésion inhérente à ces matériaux. Nos simulations permettent de montrer que les propriétés structurelles et électroniques propres aux métaux nanocristallins ont toutes deux un impact important sur l'ablation.
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La texturisation de matériaux par irradiation laser ultracourt est un procédé permettant de modifier les propriétés optiques et électriques de la matière en formant des nano et microstructures en surface, apparaissant au cours des irradiations successives. Le contrôle du procédé et le développement des applications nécessitent une compréhension des mécanismes mis en jeu. Les processus intervenant sont étudiés à l'aide de simulations numériques, et sont comparés à des résultats expérimentaux. L'étude est menée dans le cadre de l'augmentation du rendement des cellules photovoltaïques basées sur du silicium massif.
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L’ablation laser dans l’air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l’industrie, l’analyse chimique, la chirurgie, ... Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l’effet d’ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l’origine de l’interaction laser-matière. Lors d’un impact du faisceau laser sur la surface d’un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s’il est présent. Lors de l’impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d’énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L’étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu’ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l’expansion de la plume plasma formée lors de l’ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d’impulsion : 5.1 ns, longueur d’onde : 1064 nm, irradiance de l’ordre de grandeur de GW/cm2) dans l’air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d’imagerie rapide. Cette technique nous a permis d’observer l’évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d’ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées – le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l’influence de l’irradiance laser, ainsi que l’influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D’autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d’ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l’interaction laser – cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l’expansion de la plume du plasma dans l’air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l’approche macroscopique donnent l’évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER LES PROCESSUS D'ABSORPTION ET DE TRANSPORT DE L'ENERGIE LASER LORS DE L'INTERACTION D'UNE IMPULSION LASER SUBPICOSECONDE AVEC UNE CIBLE SOLIDE. CES PROCESSUS SONT GOUVERNES PAR LES CARACTERISTIQUES SPATIALES DES GRADIENTS DES PARAMETRES DU PLASMA. LA TRES FAIBLE DUREE DE L'IMPULSION LASER PERMET D'ABORDER LE REGIME L
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Ce travail est consacré à l'optimisation de la croissance de couches minces par ablation laser afin d'éviter le dépôt de gouttelettes sur les films, inconvénient majeur de cette technique. Deux approches ont été envisagées, la première consiste dans l'utilisation d'impulsion laser de très courte durée (100 fs) afin d'éviter la formation du bain fondu à la surface des cibles et la seconde approche, la double ablation laser (ns), permet d'éviter "mécaniquement" le dépôt des gouttelettes émises par les cibles. L'étude a montré que l'éjection des gouttelettes peut se produire lors de l'ablation fs, et que les films ainsi déposés sont formés d'empilement de nanoparticules. La fluence laser et la taille de l'impact laser sur la cible apparaissent comme paramètres clés pour le contrôle de l'éjection des gouttelettes et/ou des nanoparticules. Une étude détaillée du plasma d'ablation et des films formés en fonction de ces deux paramètres a permis de mettre en place des hypothèses sur le mécanisme de formation des nanoparticules. La seconde approche a montré une forte diminution de la densité des gouttelettes. Des films d'AlN et de CuxOy avec une bonne qualité de surface, qualité cristalline et de bonne composition ont été obtenus. Aussi des films de TiC déposés à partir de l'ablation de deux cibles différentes (Ti et C) montrent la possibilité de mélange de deux plasmas différents grâce à cette technique.
Author: Karine Gouriet
Author: Karine Gouriet
Author: Tatiana Govorykha Itina
Author: Nicolas Berton
Author: Maxime Gill-Comeau
Author: Thibault Derrien
Author: Danny Perez![Étude des mécanismes d'ablation laser par impulsions ultra-courtes à l'aide de la dynamique moléculaire [microforme] PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/05QYNAEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Danny Perez
Author: Mihaela Cirisan
Author: FLORENCE.. FALLIES
Author: Ratiba Benzerga