A4 Coalescence thermique (perte prématurée des propriétés)

Topique

La forte énergie de surface de ces nanoparticules, caractéristique également mise en évidence par un autre modèle de ce groupe, induit, selon l'effet Gibbs-Thomson, une diminution significative de leur température de frittage, bien en deçà de celle du matériau massif. Cette forte énergie de surface représente, pour ces nanoparticules, un excès d'énergie libre que le matériau peut dissiper lors du frittage. Plus cet excès d'énergie libre disponible est important, plus la température à laquelle le frittage est favorisé est basse. Le fait que cette énergie de surface soit plus élevée pour les nanoparticules de plus petite taille implique, toujours selon l'effet Gibbs-Thomson, une diminution plus importante de la température de frittage et, par conséquent, une température de frittage effective beaucoup plus basse.

Cette température de frittage très basse, comparée à celle du matériau massif, provoque une coalescence thermique prématurée entre les nanoparticules, à des températures de service qui empêcheraient le frittage du matériau massif. Cette coalescence thermique se produit par le même rétrécissement entre les particules qui, selon le même mécanisme, décrit un autre modèle pour un ensemble différent de matériaux : le frittage d'une poudre métallique. La poursuite de cette coalescence thermique, avec ce même rétrécissement entre les particules, entraîne la fusion de ces nanoparticules initialement distinctes en particules beaucoup plus grandes, leur faisant perdre leur identité individuelle.

Par conséquent, ce modèle, avec sa forte énergie de surface et la coalescence thermique sur laquelle il repose, provoque, par ce même phénomène de coalescence thermique, la destruction du confinement quantique décrit par un autre modèle de cet ensemble. Ce confinement dépend précisément du maintien de la taille de ces nanoparticules en dessous d'un certain seuil : lorsque la coalescence thermique augmente la taille effective de ces nanoparticules au-delà de ce seuil, le confinement quantique cesse d'être valable et ces nanoparticules perdent, outre leur identité individuelle, les propriétés qui dépendaient de ce même confinement quantique. Le fait que cette perte prématurée de propriétés se produise à une température bien inférieure à celle attendue pour le matériau massif équivalent rend ces nanoparticules beaucoup plus vulnérables à cette coalescence thermique que ne le suggérerait leur seule composition chimique.

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