Caractérisation de surface des matériaux

lbrna2102  2020-2021  Louvain-la-Neuve

Caractérisation de surface des matériaux
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4 crédits
45.0 h
Q2
Enseignants
Langue
d'enseignement
Français
Préalables
Chimie générale, physique et chimie physique
Thèmes abordés
Le cours lie des méthodes de caractérisation de la surface de matériaux et les phénomènes physico-chimiques associés, relevant de la (bio)ingénierie. Il s'attache à trois niveaux de caractérisation via l'étude approfondie de trois techniques. Partie A. Analyse chimique des surfaces avec l'étude particulière de la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) : principe, instrumentation, aspects qualitatifs et quantitatifs. Partie B. Caractérisation de la texture des solides par adsorption de gaz: adsorption physique et chimique, isothermes d'adsorption, approches quantitatives. Partie C. Microscopies électroniques et à champ proche avec l'étude particulière de la microscopie à force atomique : aspects instrumentaux, différents modes de fonctionnement. L'enseignement alterne l'étude des concepts, l'illustration par des exemples concrets et des démonstrations d'appareillages.
Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :

1 a. Contribution de l'activité au référentiel AA (AA du programme)
1.1,1.2,1.3
2.1,2.2
3.6,3.8
6.1
b. Formulation spécifique pour cette activité des AA du programme
A la fin de cette activité d'apprentissage, l'étudiant sera capable de :
-       Reformuler le principe physique de chacune des techniques de caractérisation abordée, en faisant le lien entre les aspects instrumentaux et les performances de la technique ;
-       Interpréter les données obtenues par ces différentes techniques en tenant compte du sens physique des résultats et des limitations propres à chaque technique ;
-       Justifier l'application de l'une ou plusieurs de ces techniques dans le cadre d'une application définie en (bio)ingénierie (matériaux, catalyse, nano- et biotechnologies) ;
-       Evaluer la portée d'articles scientifiques relatifs à la caractérisation de surface par une ou plusieurs des techniques abordées.
Plus particulièrement, l'étudiant aura développé la capacité de:
(partie A)
-       Interpréter qualitativement et quantitativement des données XPS obtenues dans un contexte donné ;
-       Modéliser les résultats XPS dans le cas d'échantillons hétérogènes.
(partie B)
-       Calculer la surface spécifique d'un matériau en exploitant ses isothermes d'adsorption-désorption (physisorption) par un usage approprié des modèles et concepts BET et t-plot ;
-       Décrire qualitativement (nature et forme des pores) et quantitativement (taille et distribution de taille des pores) la porosité d'un matériau poreux en exploitant les caractéristiques des isothermes d'adsorption-désorption (physisorption) et de leur éventuelle hystérèse par un usage approprié des modèles et concepts Conway-Pierce, Dubinin-Raduskevich et t-plot.
(partie C)
-       Distinguer et comparer  les différents modes d'imagerie et de spectroscopie en microscopie à champ proche, et  interpréter les images et les spectres obtenus ;
-       Choisir le mode d'imagerie adéquat pour répondre à un problème concret en déterminant les caractéristiques de l'échantillon qui pourront être quantifiées.
 

La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie « Programmes/formations proposant cette unité d’enseignement (UE) ».
Contenu
Introduction - Vue d'ensemble de la caractérisation des solides complexes : texture, composition, structure, propriétés spécifiques.
A. Analyse chimique des surfaces. Contexte - Principe (niveaux électroniques, analyse élémentaire de surface) - Instrumentation - Aspects qualitatifs (pics principaux et satellites, glissement chimique et analyse fonctionnelle) - Aspects quantitatifs (de l'équation de base à l'approche pragmatique, cas de systèmes complexes, modèles interprétatifs).
B. Adsorption de gaz et caractérisation des surfaces. Adsorption physique et chimique - Etude des différents types d'isothermes d'adsorption : type II (modèle BET), type IV (hystérèse d'adsorption-désorption, condensation capillaire, porosité), type I (chimisorption, remplissage des micropores, modèle Dubinin-Raduskevich), types III et V - Détermination des caractéristiques poreuses de solides mésoporeux (modèle Conway-Pierce)
C. Microscopie à force atomique. Instrumentation - Imagerie topographique: principe, applications - Spectroscopie de force: principe, application - Autres modes d'imagerie. Microscopies électroniques.
Méthodes d'enseignement

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Cours magistral s'appuyant sur de nombreux exemples d'application de l'analyse des surfaces. Les étudiants sont amenés à réfléchir à l'interprétation de données dans des contextes variés relevant de la (bio)ingénierie. Des démonstrations des appareillages concernés sont proposées en fin de quadrimestre.
Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

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En cours d'année: travail d'analyse d'un article scientifique et présentation associée (10% de la note finale). En session: examen écrit (90% des points) incluant l'exposé et la mise en perspective des concepts sous-tendant les méthodes de caractérisation enseignées, la résolution d'exercices chiffrés et l'interprétation de données (en adéquation avec les acquis d'apprentissage détaillés ci-dessus).
Autres infos
Chaque partie (A,B,C) peut être suivie séparément.
Ce cours peut être donné en anglais.
Ressources
en ligne
Moodle
Bibliographie
Notes fournies par les professeurs et mises à disposition sur Moodle
Faculté ou entité
en charge


Programmes / formations proposant cette unité d'enseignement (UE)

Intitulé du programme
Sigle
Crédits
Prérequis
Acquis
d'apprentissage
Master de spécialisation en nanotechnologies

Master [120] : bioingénieur en chimie et bioindustries