Propriétés des Matériaux 2

Cette UE s’inscrit dans la suite des enseignements de chimie inorganique et de chimie des solides habituellement abordés dans des licences de chimie et physique-chimie. L’étudiant devra donc connaitre et maitriser : les outils et concepts d’atomistique et de liaisons chimiques, de cristallochimie et de chimie des éléments. Des connaissances en spectroscopies sont également nécessaires.

Les étudiants seront capables en fonction de la situation d’utilisation d’un matériau de proposer une explication ou une prédiction du comportement du matériau. Ils pourront ainsi relier les informations structurales et physico-chimiques des matériaux à leurs propriétés fonctionnelles et leurs performances, notamment via les outils de la liaison chimique.

COURS MAGISTRAUX (24 h) 1/STRUCTURE ELECTRONIQUE DES SOLIDES PAR LA THEORIE DES BANDES : - Introduction à la notion de structure de bande : classification des matériaux / notion de niveau de Fermi - Etablissement des diagrammes de bandes simplifiés selon la nature de la liaison chimique / évolutions dans la classification périodique - Théorème de Bloch et densité d'état 2/ PROPRIETES ELECTRONIQUES DES MATERIAUX : - Métaux simples : conductivité électronique des métaux, conductivité thermique par les électrons, propriétés optiques des métaux, paramagnétisme de Pauli - Isolants et semi-conducteurs : notion de trous, processus optiques, semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques, ... - Applications : photoconductivité et photovoltaïque, photocatalyse / matériaux de batteries. 3/ INTRODUCTION AUX PROPRIETES THERMIQUE DES MATERIAUX : - Notion de phonons, diagramme de dispersion d’une chaine d’atome - Chaleur spécifique de réseau et conductivité thermique par les phonons - Introduction aux phénomènes thermo-électriques : effets Pelletier / Seebeck, applications - Coefficients de dilatation/compressibilité, résistance aux chocs thermiques. 4/ INTRODUCTION AUX PROPRIETES MAGNETIQUES : - Champ magnétique et notion de susceptibilité magnétique - Diamagnétisme, paramagnétisme, et magnétisme coopératif : ferromagnétisme (et Ferri-), antiferromagnétisme. - Evolution de la susceptibilité magnétique, loi de Curie et températures critiques, susceptibilité de Pauli, susceptibilité diamagnétique TRAVAUX DIRIGES (30 h) - Calculs de structures de bandes - Anisotropie des propriétés de conduction (électronique et thermique) et mécanique du graphite - Influence de l’intercalation de lithium sur les propriétés et structure de matériaux d’électrodes - Parallèle magnétisme / diélectriques - Calcul de coefficients de dilatation thermique linéaire et de chaleurs spécifiques (T>>TD) - Comparaison des propriétés thermiques de matériaux d’intercalation, de métaux et d’alliages, de solutions solides … - Identification de la classe de magnétisme par l’évolution en température de la susceptibilité magnétique - ... TRAVAUX PRATIQUES (6 h) - TP sur machine de simulation des structures de bandes électronique et de phonons. - TP Propriétés électroniques et magnétiques des solides

Les étudiants seront capables en fonction de la situation d’utilisation d’un matériau de proposer une explication ou une prédiction du comportement du matériau. Ils pourront ainsi relier les informations structurales et physico-chimiques des matériaux à leurs propriétés fonctionnelles et leurs performances, notamment via les outils de la liaison chimique.