Chimie de surface

Que ce soit la découverte de nouvelles techniques ou de manières encore plus performantes d’exploiter nos ressources naturelles, ou l’amélioration de la fabrication de piles à combustible, ces développements technologiques auront certainement un effet à long terme sur l’industrie grâce aux avancées réalisées dans les laboratoires de chimie de surface de l’INNT.

L’espace

À l’INNT, les chercheurs ont accès à notre équipement de pointe en diffraction des rayons X et en microscopie à champ proche.

Diffraction des rayons X

La diffraction des rayons X est utilisée pour obtenir l’information structurelle des matériaux à l’échelle atomique (réseaux cristallins), nanométrique (molécules) et micrométrique (films minces) de fluides, de poudres, de films minces en couches et de cristaux parfaits.

Modèle

  • D8 Discover de Bruker

Source des rayons X

  • Tube de cuivre scellé

Système de détection

  • Détecteur de zone sensible à la position : système HiStar GADDS de Bruker
  • Détection linéaire : scintillateur à l’iodure de sodium (NaI) de Bruker

Goniomètre et platine

  • Platine sur un quart de cercle Eulérien avec mouvements programmés pour des rotations en X, Y, Z, 2θ, oméga, chi et phi.

Capacités et applications

  • Diffraction à incidence rasante et réflectométrie des rayons X pour déterminer les propriétés des couches comme l’épaisseur, la densité ou la rugosité dans l’inspection de couches minces.
  • Diffraction des rayons X à haute résolution : espacement et non-concordance des réseaux, épaisseur des couches, ainsi que défauts des réseaux et de l’empilement.
  • Analyse de phase.
  • Analyse de la texture et des contraintes résiduelles.
  • Méthode conventionnelle de cristallographie par diffraction sur poudres.
  • Diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS).
  • Platine chauffante : 1200 °C (sous vide), 700 °C (air).

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Instrument de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS)

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Enceinte de protection contre la radiation et console à rayons X (poste de contrôle par ordinateur non illustré)

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Platine sur un quart de cercle Eulérien (centre). Détecteur de zone sur le bras 2θ (gauche) et source de rayons X (supérieur droit)

Microscopie en champ proche

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La microscopie en champ proche fournit une extraordinaire topographie des surfaces à l’échelle atomique, ainsi que des mesures en surface des forces mécanique, électrique, magnétique et chimique.

Cette métrologie s’applique à des surfaces en matériaux naturels ou synthétiques, comme les couches minces, les céramiques, les composites, les membranes biologiques, les polymères, les métaux et les semi-conducteurs pour l’étude des phénomènes de surface tels que l’uniformité ou la rugosité, l’abrasion, l’adhésion, la friction, la corrosion et la lubrification.

Le microscope à force atomique multimode du laboratoire de caractérisation des surfaces de l’INNT permet d’obtenir des images allant de l’échelle atomique à 175 µm.

Modèle

  • Microscope à force atomique multimode NanoScope IV de Digital Instruments

Modes d’analyse

Les applications ci-dessus sont possibles grâce à un ou plusieurs des modes suivants :

  • Les modes contact, contact intermittent et effet tunnel sont utilisés pour l’imagerie topographique.
  • Le mode force magnétique mesure les variations du champ magnétique à la surface d’un échantillon.
  • Le mode microscopie à force électrostatique mesure les charges électrostatiques et les propriétés de distribution de la surface d’un échantillon.
  • Le mode conductivité simultanée (1 pA à 1 µA) caractérise les variations de conductivité de matériaux de faible à moyenne conductivité ou semi-conducteurs, tels que les polymères conducteurs et les nanotubes, lors d’une imagerie en mode contact.
  • La microscopie capacitive à balayage mesure les variations de la concentration de porteurs à la surface d’un échantillon.

Des platines chauffantes sont aussi disponibles pour effectuer des mesures à des températures de 0 °C à 250 °C.

Colonne de balayage et tête de sonde du microscope à force atomique Nanoprobe IV.