E6 Structure cristalline à léchelle nanométrique

Topique

Le fait que ce matériau présente une taille de grain nanométrique, et non micrométrique comme un polycristal conventionnel, augmente la fraction volumique des joints de grains au sein de ce même matériau. Chaque joint de grain occupe une épaisseur quasi fixe de quelques couches atomiques seulement, quelle que soit la taille du grain qu'il délimite. Par conséquent, plus le grain est petit, plus la proportion du volume total occupée par cette même épaisseur fixe de joint de grain est importante. La réduction de la taille des grains à l'échelle nanométrique entraîne une augmentation de la fraction volumique des joints de grains jusqu'à ce qu'elle devienne comparable à la fraction volumique occupée par l'intérieur cristallin de chaque grain – une fraction qui serait totalement négligeable dans un polycristal conventionnel.

Le fait que la proportion de joints de grains soit comparable à celle de l'intérieur cristallin de chaque grain confère à ce nanocristal des propriétés intermédiaires entre celles d'un matériau totalement cristallin et celles d'un matériau totalement amorphe : l'intérieur cristallin de chaque grain, avec son ordre atomique périodique, continue de contribuer aux propriétés caractéristiques de la phase cristalline, tandis que cette même proportion de joints de grains, avec sa structure atomique beaucoup plus désordonnée, contribue à des propriétés plus proches de celles d'un matériau amorphe. Une proportion plus importante de joints de grains au sein de ce nanocristal rapproche ses propriétés globales de celles d'un matériau amorphe ; une proportion plus faible les rapproche de celles d'un matériau totalement cristallin.

Ainsi, ce modèle, avec sa taille de grain nanométrique et la proportion de joints de grains pour laquelle il a été conçu, calcule le module effectif de ce nanocristal en combinant, selon une règle des mélanges, le module de l'intérieur cristallin de chaque grain et le module de cette même proportion de joints de grains, qui est beaucoup plus souple que cet intérieur cristallin. Cette règle des mélanges pondère chacun de ces deux modules en fonction de sa fraction volumique respective au sein du nanocristal. Le fait que cette fraction volumique de joints de grains soit plus importante, avec une taille de grain nanométrique encore plus petite, implique que le module effectif du nanocristal, de plus en plus déterminé par le module beaucoup plus faible de ces mêmes joints de grains, est par conséquent plus faible.

ID:4455