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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Etude de la relaxation thermique de la silice amorphe densifiée

Spécialité : PHYSIQUE / Physique des matériaux

Contact : OLLIER Nadège,
e-Mail : nadege.ollier@polytechnique.edu,   Tel : +33 1 69 33 45 18
Laboratoire : LSI/

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 27/03/2020

Résumé :
Ce stage porte sur l'étude de la relaxation thermique d’échantillons préalablement densifiés ainsi que celle des différents échantillons de silice densifiés puis irradiés avec des électrons de 2.5 MeV à 11 GGy. Nous mesurerons l’évolution de la densité du verre, de l’indice de réfraction ainsi que ses propriétés vibrationnelles (spectroscopies Raman et infra-rouge) après des traitements thermiques. L’un des objectif sera de déterminer des distributions d’énergie d’activation et de mieux caractériser la transition entre états amorphes et en particulier la phase métamictique.

Sujet détaillé :
Contexte : De nos jours, beaucoup de technologies sont basées sur des dispositifs optiques ou optoélectroniques intégrant des verres de silice du fait de ses propriétés hors du commun (ultra-transparence dans le domaine UV-NIR, résistance mécanique élevée, faible dilatation thermique). Connaitre le comportement de la silice sous conditions extrêmes (hautes pressions, irradiation) reste un enjeu pour un grand nombre d’applications dans le domaine du nucléaire (ITER, Fission nucléaire, …) et du spatial. Il est possible par indentation ou par compression hydrostatique de densifier de façon permanente la silice jusqu’à des valeurs limites autour de 20 % (à 25 GPa) en raison de l’important volume libre de ce verre. L’irradiation est également un moyen de densifier la silice. Nous avons montré récemment l’existence d’un polymorphe unique de la silice (densité 2.26 g/cm3) obtenu quelque soit l’état initial de la silice après irradiation à de très fortes doses (typ. >10 GGy pour des électrons de 2.5 MeV)1. Mais à ce stade, on ne sait pas si cette phase amorphe est unique et identique à la phase dite « métamictique » obtenue après irradiation et amorphisation des polymorphes cristallins de la silice (quartz, coesite,…). Un des moyens de mieux caractériser cette phase est d’étudier la relaxation de sa structure et de ses propriétés, suite à des traitements thermiques. Ce stage qui s’intéresse à la silice densifiée s’intègre plus largement dans différents projets : un projet ANR (en cours de soumission) et un projet en collaboration avec le CEA DRT qui vise à modéliser le comportement des capteurs à fibres à réseau de Bragg en milieu extrême (radiations et/ou haute température).

Objet du stage : Nous caractériserons la relaxation thermique d’échantillons préalablement densifiés ainsi que celle des différents échantillons de silice densifiés puis irradiés avec des électrons de 2.5 MeV à 11 GGy. Nous mesurerons l’évolution de la densité du verre, de l’indice de réfraction ainsi que ses propriétés vibrationnelles (spectroscopies Raman et infra-rouge) après des traitements thermiques. L’un des objectifs sera de déterminer les distributions d’énergie d’activation et de mieux caractériser la transition entre états amorphes et en particulier la phase métamictique (phase amorphe d'un solide initialement cristallin).

Référence :
Relaxation study of pre-densified silica glasses under 2.5 MeV electron irradiation,
N. Ollier, M. Lancry, C. Martinet, V. Martinez, S. Le Floch, D. R. Neuville, Scientific reports (2019) 9:1227.
Techniques utilisées au cours du stage :
Traitement thermiques, Phototoluminescence - Spectroscopies Raman et infra-rouge

Mots clés : Verres, silice, défauts ponctuels, irradiation

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