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21 Jan
21/01/2020 10:30

Sciences & Société

Soutenance de thèse : Eloïse GUEN

Microscopie thermique à sonde locale : étalonnages, protocoles de mesure et applications quantitatives sur des matériaux nanostructurés

Doctorante : Eloïse GUEN

Laboratoire INSA : CETHIL

Ecole doctorale :  ED162 : Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA)

La microscopie thermique à sonde locale (SThM) est une technique qui permet de caractériser les propriétés thermiques de nanomatériaux et de mieux comprendre les transferts thermiques existants aux échelles sub-micrométriques. Pour correctement interpréter les mesures, les paramètres influençant le transfert thermique entre la pointe-sonde SThM et l’échantillon sont étudiés. Trois sondes résistives de SThM, se différenciant notamment par leur rayon de courbure micro ou nanométrique, sont tout d’abord caractérisées, et une méthodologie systématique de mesure en régime continu est proposée. Il est observé que la zone de sensibilité à la conductivité thermique des matériaux massifs plans est limitée à quelques W.m-1.K-1 pour toutes les pointes. Pour les matériaux les plus conducteurs, la mesure SThM est dominée par la résistance thermique de contact. Le transfert thermique par le (les) nanocontact(s) solide-solide entre la pointe et l’échantillon est dû à un transport conductif à la fois diffusif et balistique dans l’échantillon. Il est mis en évidence que la rugosité de surface impacte fortement la mesure SThM, diminuant le transfert thermique par le contact de plus de 50
% dans certains cas. Ces travaux sont mis à profit pour des caractérisations de nanomatériaux. La détermination de la conductivité thermique de couches minces de SiO2 sur substrat de silicium indique que les épaisseurs de quelques nanomètres jusqu’à 1 µm sont détectées par certaines pointes. La mesure de températures de changement de phase par microscopie SThM est également étudiée à l’aide d’un étalonnage sur des polymères massifs. L’application de cet étalonnage pour la caractérisation de couches minces de polymère confirme l’influence du substrat et de l’épaisseur de la couche sur la température déterminée par la pointe SThM. Ces travaux démontrent que la microscopie thermique permet d’obtenir des mesures quantitatives.