CRISTALLOCHIMIE II ET RADIOCRISTALLOGRAPHIE

Cristallographie est une science des cristaux, créée par les minéralogistes

CRISTAL est une matière à l’état solide, où l’atome ou le groupement d’atomes qui le constitue se reproduise de façon périodique dans les trois dimensions de l’espace

Il existe deux types de solides cristallisés :

a- les cristaux moléculaires

b- les cristaux macromoléculaires: sont formés par des empilements réguliers de molécules ; c’est le cas par exemple du diode I2, du dioxyde de carbone CO2, de l’eau H2O….

Plan du cours N°1 RADIOCRISTALLOGRAPHIE ET CRISTALLOCHIMIE II

PARTIE I : Radiocristallographie

I – Les rayons X

– Généralités sur les Rayons X

– Production des Rayons X

– Interactions Rayons X / Matière

– Méthodes d’investigation utilisant les Rayons X

II- Diffraction des rayons x par la matière cristallisée

 – loi de Bragg : 2dhklsinθ = nλ

 – Amplitude diffractée

 – Facteur de structure

– Extinctions systématiques

 – Interprétation géométrique dans l’espace réciproque

III- Diffractogrammes de poudres expérimentaux

– Poudres cristallines

– Identification de phases et autres applications

– Chambre de Debye-Scherrer

IV- Diffractogrammes sur cristaux expérimentaux – Monocristaux

– Technique de  résolution de structure

– Analyse chimique par  fluorescence X

PARTIE II : CRISTALLOCHIMIE II

I- Structures complexes

a- Composés de type MO3

b- Composés de type Pérovskite AMO3

 c- Composés de type Corindon M2O3

 d- Composés de type AM2O4 Spinelle

I- Non stœchiométrie

– cristal parfait,

– cristal réel,

– défauts

III- Solutions solides

– solutions solides de substitution,

– solutions solides d’insertion,

– loi de Vegard

Plan du cours N°2 Radiocristallographie

Chapitre_1 : Notion de cristallographie

A. Généralité sur l’état cristallin

1. Réseaux cristallins

2. Rangées dans les cristaux

3. Plans réticulaires

B. Généralités sur la symétrie

1. Éléments de symétrie

2. Groupes ponctuels de symétrie

3. Familles cristallines

4. Groupes d’espace

Chapitre_2 : Les rayons X

A. Introduction

B. Production et utilisation des RX en cristallographie

1. Tubes à rayons X

2. Détection

C. Interactions rayons X – matière

1. Absorption

2. Diffusion

Chapitre_3 : La diffraction des rayons X

A. Le réseau réciproque

B. Le caractère géométrique du phénomène de diffraction

1. Conditions de Laue

2. Construction d’Ewald

3. Relation de Bragg

C. Intensité des rayons diffractés

1. Facteur de structure

2. Loi de Friedel

Plan du cours N°3 Cristallochimie II

• Rappel Cristallochimie I
• Structures complexes – Composés_de type MO3 – Composés_de type AMO3 :   Corindon M2O3; Pérovskite AMO3 – Composés_de type AM2O4 Spinelle
• Non stœchiométrie : cristal parfait, cristal réel, défauts
• Solutions solides : solutions solides de substitution, solutions solides d’insertion, loi de Vegard

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Physique des matériaux I : Cours – Résumés – Exercices corrigés – TD corrigés – Examens corrigés

Les propriétés des matériaux (des solides entre autres) sont définies par l’arrangement atomique, la microstructure et la nature des liaisons chimiques. L’étude des relations entre ces 3 paramètres constitue la Sciences des matériaux.

Aucun objet ne peut être élaboré sans matériaux. Ainsi, tous les secteurs de l’activité humaine en dépendent, de la puce à l’édification d’un barrage hydroélectrique par exemple. Ci-dessous, nous donnons 3 exemples importants de l’utilisation des matériaux solides.

a- La ligne haute tension : dans une telle ligne, plusieurs types de matériaux sont nécessaires pour obtenir un système fonctionnel. Ainsi, on y trouve des matériaux conducteurs, isolants, des céramiques, des polymères et du béton.

b- Les prothèses : la mise au point de prothèses biomédicales utilise des polymères, des céramiques et des métaux.

c- L’industrie électronique : Le silicium monocristallin est indispensable dans cette industrie. On le retrouve dans les circuits intégrés, les ordinateurs, la robotique, les panneaux photovoltaïques……

Plan du cours de la physique des matériaux I

Chapitre_1 : Les réseaux

Introduction générale

1. Le réseau direct

2. Classification des réseaux de Bravais

3. Plans réticulaires et indices de Miller

3.1 Position dans la maille

3.2 Rangée

3.3 Plans réticulaires

3.4 Indices de Miller

4. Le réseau réciproque

4.1 Construction

4.2 Généralisation

4.3 Propriétés

5. Applications

Application 1 : Le réseau cubique

Application 2 : Réseau tétragonal primitif

Chapitre_2 : Les structures

1. Structure cristalline

2. Caractérisation d’une structure cristalline

3. Empilements compacts

4. Structures usuelles

5. Structures particulières

6. Les défauts dans les structures

7. Alliages

8. Structures non idéales

9. Structures non cristallines

10. Applications

Chapitre_3 : Détermination des structures par diffraction des rayons X

1. Diffraction à l’échelle macroscopique

2. Etude de la diffraction cristalline

3. Formulation de Bragg

4. Formulation de von Laue

5. Equivalence des formulations de Bragg et von Laue

6. Construction d’Ewald

7. Amplitude diffusée et facteur de structure

8. Identification des structures par DRX

9. Applications

Chapitre_4 : Les nouveaux matériaux

1. Introduction

2. Les quasi-cristaux

3. Les nanostructures

3.1 Définition

3.2 Propriétés

3.3 Techniques de fabrication

3.4 Techniques d’imagerie des nanostructures

4. Quelques exemples de nanomatériaux

5. Applications

Application 1: Diffraction par une chaîne linéaire

Application 2: Facteur de structure d’un réseau plan

Chapitre_5 : Energie de cohésion

1. Introduction

2. Energie de cohésion des cristaux ioniques

2.1 Energie de Madelung

2.2 Evaluation de la constante de Madelung

2.3 Evaluation de r

3. Energie de cohésion des cristaux moléculaires

3.1 Energie potentielle d’interaction dans les cristaux de gaz neutres

3.2 Paramètres du réseau à l’équilibre

4. Energie de cohésion des cristaux covalents et des métaux

5. Cristaux à liaison hydrogène

6. Rayons atomiques et ioniques

7. Applications

Chapitre_6 : Constantes d’élasticité et ondes élastiques

1. Introduction

2. Analyse des contraintes

3. Analyse des déformations

3.1 Déformation uniforme

3.2 Déformation non uniforme

3.3 Remarque

3.4 Dilatation

4. Loi de Hooke et constantes d’élasticité

5. Propagation des ondes élastiques dans les cristaux cubiques

6. Déterminations expérimentales des constantes d’élasticité

7. Application

Chapitre_7 : Phonons et vibrations des réseaux

1. Défaut du réseau statique

2. Approximation du cristal harmonique

3. Théorie classique du cristal harmonique

4. Vibrations d’une chaîne diatomique

5. Chaleur spécifique du réseau et loi de Dulong-Petit

6. Quantification des vibrations du réseau

7. Propriétés optiques dans l’infrarouge

8. Phonons localisés

9. Applications

Chapitre_8 : Théorie de Drude pour les métaux

1. Notion de classification

1.1 Structure cristalline et propriétés physiques

1.2 Liaison cristalline et propriétés physiques

1.3 Conductivité électrique des matériaux

2. Matériaux conducteurs

3. Modèle de Drude pour les métaux

3.1 Bases théoriques pour le modèle de Drude

3.2 Calcul de la conductivité électrique des métaux

3.3 Comparaison avec les résultats expérimentaux

3.4 Chaleur spécifique des métaux

3.5 Conductivité thermique et loi de Wiedemann-Franz

3.6 Conclusion

4. Application

Chapitre_9: Matériaux semi-conducteurs

1. Approche qualitative de la notion de bandes d’énergie dans les solides

2. Propriétés électriques des semi-conducteurs

2.1 Matériaux semi-conducteurs

2.1.1 Eléments de la colonne IV

2.1.2 Les cristaux III‒V

2.1.3 Les cristaux II‒VI

2.1.4 Les oxydes métalliques

2.1.5 Autres matériaux semi-conducteurs

2.2 Dopage d’un semi-conducteur

2.3 Conductivité électrique dans un semi-conducteur

3. Applications

Chapitre_10 : Matériaux supraconducteurs

1. Mise en évidence expérimentale de la supraconductivité

2. Fermions et bosons

3. Modèle BCS pour la supraconductivité

4. Effet Meissner

5. Classification des supraconducteurs

6. Matériaux supraconducteurs

7. Applications de la supraconductivité

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Cours N°1 de la physique des matériaux I

Chapitre 10

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