Soutenance de thèse : Xiaorui WANG

« Thermal Properties of Solid-Liquid Nanocomposites. »

Doctorante : Xiaorui WANG

Laboratoire INSA : CETHIL

Ecole doctorale : ED162 Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique

La conductivité thermique à l’échelle macroscopique des composants solide/liquide est différente par rapport les systèmes nanométriques. La thèse est dédiée à l’étude numérique des propriétés thermiques des nanocomposites hybrides solide-liquide, en particulier du silicium cristallin nanoporeux sec et humide avec l'eau confinée. Plusieurs paramètres ont été étudiés en détail avec des simulations atomistiques en utilisant le code de dynamique moléculaire LAMMPS : la conductivité thermique (TC), les densités d’états de phonons, etc. Premièrement, le silicium cristallin avec un pore sphérique au centre est modélisée et étudiée. Les cas d'échantillons secs et humides sont comparés. En utilisant les simulations de dynamique moléculaire à l'équilibre, les effets de la température et de la densité effective initiale sur la TC sont examinés, séparément. Pour une certaine température (à 300 K) ou une certaine densité effective (0,8 g/cm3), une valeur maximale de la TC a été obtenue. De plus, une stratification des molécules d'eau près de l'interface solide/liquide est observée et confirmée dans la littérature. Pour clarifier les mécanismes physiques derrière le transport thermique aux interfaces et l'interaction intermoléculaire de l'eau nanoconfinée, plusieurs paramètres structurels et dynamiques de l'eau nanoconfinée ont été explorés, la fonction de distribution radiale, les déplacements carrés moyens, l'orientation des molécules d'eau et les réseaux de liaisons hydrogène. De plus, l'existence de nouveaux canaux de flux thermique entre une matrice solide et un liquide nanoconfiné a été prouvée, par la densité d'états des phonons. Deuxièmement, les effets de la distribution spatiale, de la taille et de la combinaison espace/taille du silicium nanoporeux humide sont étudiés. La nouvelle cellule de simulation est produite en répliquant le silicium nanoporeux cubique le long de la direction longitudinale. Cette partie de l'étude, en raison des demandes de modélisation, a été réalisée en utilisant les simulations de dynamique moléculaire à l'équilibre.