Découverte et application de nouveaux motifs d'association propres à l'hexaphénylbenzène et à ses dérivés

Les propriétés des matériaux moléculaires proviennent à la fois de la structure des composantes individuelles et de la façon dont elles s’associent. Ce dernier aspect reste difficile à contrôler, malgré de grandes avancées en science des matériaux. Pour mieux comprendre la relation structure-propriétés, nous avons entrepris une étude systématique de l'hexaphénylbenzène et de ses dérivés, qui offrent une charpente symétrique et rigide. En premier lieu, nous avons attaché six groupements diaminotriazinyles sur l’hexaphénylbenzène afin de produire des réseaux tridimensionnels hautement poreux maintenus par des ponts hydrogène. En modifiant systématiquement le coeur moléculaire, nous avons excisé près du tiers de la molécule-mère, générant des réseaux supramoléculaires dont la porosité s’est élevée graduellement jusqu’à 75%, équivalant ainsi le record pour ce type de matériaux. Ensuite, nous avons étudié le comportement de l’hexakis(4-nitrophényl)benzène. Dans les structures cristallines obtenues, des interactions non-covalentes entre groupements nitro démontrent leur potentiel en chimie supramoléculaire. Le coeur moléculaire ne joue qu’un rôle secondaire dans l’empilement des molécules : seules quelques interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène sont évidentes. Cette dernière observation nous a poussés à étudier le comportement à l’état cristallin de l’hexaphénylbenzène et ses dérivés. En scrutant attentivement neuf structures cristallines de ces composés, nous avons décerné la présence récurrente d’interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central. Cette association caractéristique a été exploitée pour créer des réseaux supramoléculaires maintenus par des interactions C-H•••π sélectives entre un groupement éthynyle et le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène. Finalement, nous avons joint le côté sombre de l’ingénierie cristalline en utilisant nos connaissances dans le but d’empêcher la formation d’interactions directionnelles. En protégeant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène à l’aide de groupements alkyles, les interactions C-H•••π ont été pratiquement éliminées. Ces résultats offrent la possibilité de créer de nouveaux matériaux amorphes. Dans ces études, focalisées sur le système hexaphénylbenzène, nous avons mis en relief des phénomènes qui sont obscurcis dans d'autres familles de molécules. De plus, ce système a grandement facilité l’utilisation d’une approche méthodique pour explorer la relation structure-propriétés. Nos travaux nous ont amenés à des conclusions de valeur universelle en science des matériaux moléculaires.

Développement d'un nouveau critère pour déterminer les limites d'utilisation des détecteurs en dosimétrie non standard

Depuis quelques années, il y a un intérêt de la communauté en dosimétrie d'actualiser les protocoles de dosimétrie des faisceaux larges tels que le TG-51 (AAPM) et le TRS-398 (IAEA) aux champs non standard qui requièrent un facteur de correction additionnel. Or, ces facteurs de correction sont difficiles à déterminer précisément dans un temps acceptable. Pour les petits champs, ces facteurs augmentent rapidement avec la taille de champ tandis que pour les champs d'IMRT, les incertitudes de positionnement du détecteur rendent une correction cas par cas impraticable. Dans cette étude, un critère théorique basé sur la fonction de réponse dosimétrique des détecteurs est développé pour déterminer dans quelles situations les dosimètres peuvent être utilisés sans correction. Les réponses de quatre chambres à ionisation, d'une chambre liquide, d'un détecteur au diamant, d'une diode, d'un détecteur à l'alanine et d'un détecteur à scintillation sont caractérisées à 6 MV et 25 MV. Plusieurs stratégies sont également suggérées pour diminuer/éliminer les facteurs de correction telles que de rapporter la dose absorbée à un volume et de modifier les matériaux non sensibles du détecteur pour pallier l'effet de densité massique. Une nouvelle méthode de compensation de la densité basée sur une fonction de perturbation est présentée. Finalement, les résultats démontrent que le détecteur à scintillation peut mesurer les champs non standard utilisés en clinique avec une correction inférieure à 1%.

Ablation laser femtoseconde de verres métalliques de Cu_x Zr_(1−x) : une étude par dynamique moléculaire

L’ablation laser de verres métalliques de CuxZr1−x (x = 0.33, 0.50 et 0.67) et d’un alliage métallique cristallin de CuZr2 dans la structure C11b a été étudiée par dynamique moléculaire (DM) combinée à un modèle à deux températures (TTM). Le seuil d’ablation (Fth) a été déterminé pour chacun des 4 échantillons et s'est avéré plus bas pour les échantillons plus riches en Cu étant donné que la cohésion du Cu est plus faible que celle du Zr dans tous les échantillons. Pour x=0.33, Fth est plus bas pour le cristal que pour l’amorphe car le couplage électron-phonon est plus faible dans ce dernier, ce qui implique que l’énergie est transférée plus lentement du système électronique vers le système ionique pour le a-CuZr2 que le c-CuZr2. La vitesse de l’onde de pression créée par l’impact du laser croît avec la fluence dans l’échantillon cristallin, contrairement aux échantillons amorphes dans lesquels sa vitesse moyenne est relativement constante avec la fluence. Ceci est expliqué par le fait que le module de cisaillement croît avec la pression pour le cristal, ce qui n’est pas le cas pour les verres métalliques étudiés. Finalement, la zone affectée par la chaleur (HAZ) a été étudiée via la profondeur de fusion et les déformations plastiques. La plus faible température de fusion des échantillons amorphes implique que la profondeur de fusion est plus importante dans ceux-ci que dans l’échantillon cristallin. Dans les verres métalliques, les déformations plastiques ont été identifiées sous forme de zones de transformation par cisaillement (STZ) qui diffusent et fusionnent à plus haute fluence. Aucune déformation plastique importante n’a été identifiée dans le c-CuZr2 mis à part de légères déformations près du front de fusion causées par les contraintes résiduelles. Ce travail a ainsi permis d’améliorer notre compréhension de l’ablation laser sur les verres métalliques et de l’étendue des dommages qu’elle peut entraîner.

Le Verre de Charlemagne : rencontres méditerranéennes

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Optical absorption studies in ion implanted and amorphous semiconductors - Investigations in some tetrahedrally co-ordinated and chalcogenide materials

The thesis provides an overall review and introduction to amorphous semiconductors, followed by a brief discussion on the important structural models proposed for chalcogenide glasses and their electrical, optional and thermal properties. It also gives a brief description of the Physics of thin films, ion implantation and Photothermal Deflection Spectroscopy. A brief description of the experimental setup of a photothermal deflection spectrometer and the details of the preparation and optical characterization of the thin film samples. It deals with the employment of the subgap optional absorption measurement by PDS to characterize the defects, amorphization and annealing behavior in silicon implanted with B+ ions and the profiles of ion range and vacancy distribution obtained by the TRIM simulation. It reports the results of all absorption measurements by PDS in nitrogen implanted thin film samples of Ge-Se and As-Se systems

The Effect of Glass Additives on the Microwave Dielectric Properties of Ba(Mg 1 /3Ta2/3)03 Ceramics

The effect of glass additives on the densification , phase evolution, microstructure and microwave dielectric properties of Ba(Mg1;3 Ta2i3)03 (BMT) was investigated . Different weight percentages of quenched glass such as B203 , Si02, B203-SiO2, ZnO-B203, 5ZnO-2B2O3, Al203-SiO2, Na20-2B203.10H20, BaO-B203-SiO2, MgO-B203-SiO2, PbO-B203-SiO2 , ZnO-B203-SiO2 and 2MgO-Al203-5SiO2 were added to calcined BMT precursor . The sintering temperature of the glass -added BMT samples were lowered down to 1300 °C compared to solid-state sintering where the temperature was 1650 °C. The formation of high temperature satellite phases such as Ba5Ta4O15 and Ba7Ta6O22 were found to be suppressed by the glass addition . Addition of glass systems such as B203, ZnO-B203, 5ZnO-2B203 and ZnO-B203-SiO2 improved the densification and microwave dielectric properties. Other glasses were found to react with BMT to form low-Q phases which prevented densification . The microwave dielectric properties of undoped BMT with a densification of 93 . 1 % of the theoretical density were Cr = 24 . 8, Tr = 8 ppm/°C and Q„ x f= 80,000 GHz. The BMT doped with 1.0 wt% of B203 has Q„ x f = 124,700GHz, Cr = 24.2, and T f = -1.3 ppm /°C. The unloaded Q factor of 0.2 wt% ZnO-B203-doped BMT was 136,500 GHz while that of 1.0 wt% of 5ZnO-2B203 added ceramic was Q„ x f= 141,800 GHz . The best microwave quality factor was observed for ZnO -B203-SiO2 (ZBS) glass-added ceramics which can act as a perfect liquid-phase medium for the sintering of BMT. The microwave dielectric properties of 0.2wt% ZBS-added BMT dielectric was Q„ x f= 152,800 GHz, F,= 25.5, and Tr = - 1.5 ppm/°C

Optical and Thermal Characterization of Dye Intercalated Montmorillonites and Rare Earth Doped Materials

Nondestructive photothermal methods as well as optical absorption and fluorescence spectroscopy are utilized to characterise three different materials, both thermally and optically. The possibility of using montmorillonite clay minerals, after textile waste-water treatment, is investigated for further applications. The laser induced luminescence studies and thermal characterisation of certain rare earth titanates prepared by self propagating high temperature synthesis method are also presented. Moreover, effort is made to characterise rare earth doped sol gel silica glasses with the help of these nondestructive techniques.

Spectral studies of naphthalocyanine (Nc) and rare earth phthalocyanine (RePc) molecules in an inorganic glassy borate matrix

Optical absorption and emission spectral studies of free and metal naphthalocyanine doped borate glass matrix are reported for the first time. Absorption spectra recorded in the UV- VIS-NIR region show the characteristic absorption bands, namely, the B-band and Q-band of the naphthalocyanine (Nc) molecule. Some of the important spectral parameters, namely, the optical absorption coefficient (α), molar extinction coefficient (ε) and absorption cross section (σa) of the principal absorption transitions are determined. Optical band gap (Eg) of the materials evaluated from the functional dependence of absorption coefficient on photon energy lies in the range 1.6 eV≤Eg≤2.1 eV. All fluorescence spectra except that of EuNc consist of an intense band in the 765 nm region corresponding to the excitation of Q-band. In EuNc the maximum fluorescence intensity band is observed at 824 nm. The intensity of the principal fluorescence band is maximum in ZnNc, whereas it is minimum in H2Nc. Radiative parameters of the principal fluorescence transitions corresponding to the Q-band excitation are also reported for the naphthalocyanine and phthalocyanine based matrices.

Fabrication and Characterization of Chalcogenide nano composite based materials for Photonic device applications

In this context,in search of new materials based on chalcogenide glasses,we have developed a novel technique for fabrication of chalcogenide nano composites which are presented in this theis.The techniques includes the dissolution of bulk chalcogenide glasses in amine solvent.This solution casting method allows to retain the attractive optical properties of chalcogenide glasses enabling new fabrication routes for realization of large area thick-thin films with less cost. Chalcogenide glass fiber geometry opens new possibilities for a large number of applications in optics,like remote temperature measurements ,CO2 laser power delivery, and optical sensing and single mode propagation of IR light.We have fabricated new optical polymer fibers doped with chalcogenide glasses which can be used for many optical applications.The present thesis also describes the structural,thermal and optical characterization of certain chalocogenide based materials prepared for different methods and its applications.

On the crystallization kinetics and micro-structural transformations of Fe40Ni38B18Mo4 alloys

Activation energy for crystallization (Ec) is a pertinent parameter that decides the application potential of many metallic glasses and is proportional to the crystallization temperature. Higher crystallization temperatures are desirable for soft magnetic applications, while lower values for data storage purposes. In this investigation, from the heating rate dependence of peak crystallization temperature Tp, the Ec values have been evaluated by three different methods for metglas 2826 MB (Fe40Ni38B18Mo4) accurately. The Ec values are correlated with the morphological changes, and the structural evolution associated with annealing temperatures is discussed.

Spectroscopic and photoluminescence studies on optically transparent magnetic nanocomposites based on sol–gel glass: Fe3O4

Sol–gel glasses with Fe3O4 nanoparticles having particle sizes laying in the range 10–20 nm were encapsulated in the porous network of silica resulting in nanocomposites having both optical and magnetic properties. Spectroscopic and photoluminescence studies indicated that Fe3O4 nanocrystals are embedded in the silica matrix with no strong Si–O–Fe bonding. The composites exhibited a blue luminescence. The optical absorption edge of the composites red shifted with increasing concentration of Fe3O4 in the silica matrix. There is no obvious shift in the position of the luminescence peak with the concentration of Fe3O4 except that the intensity of the peak is decreased. The unique combinations of magnetic and optical properties are appealing for magneto–optical applications.

Finite-size scaling analysis of the avalanches in the three-dimensional Gaussian random-field Ising model with metastable dynamics

A numerical study is presented of the third-dimensional Gaussian random-field Ising model at T=0 driven by an external field. Standard synchronous relaxation dynamics is employed to obtain the magnetization versus field hysteresis loops. The focus is on the analysis of the number and size distribution of the magnetization avalanches. They are classified as being nonspanning, one-dimensional-spanning, two-dimensional-spanning, or three-dimensional-spanning depending on whether or not they span the whole lattice in different space directions. Moreover, finite-size scaling analysis enables identification of two different types of nonspanning avalanches (critical and noncritical) and two different types of three-dimensional-spanning avalanches (critical and subcritical), whose numbers increase with L as a power law with different exponents. We conclude by giving a scenario for avalanche behavior in the thermodynamic limit.

Quantum critical effects in mean-field glassy systems

We consider the effects of quantum fluctuations in mean-field quantum spin-glass models with pairwise interactions. We examine the nature of the quantum glass transition at zero temperature in a transverse field. In models (such as the random orthogonal model) where the classical phase transition is discontinuous an analysis using the static approximation reveals that the transition becomes continuous at zero temperature.

Evidence of aging in spin glass mean-field models

We study numerically the out-of-equilibrium dynamics of the hypercubic cell spin glass in high dimensionalities. We obtain evidence of aging effects qualitatively similar both to experiments and to simulations of low-dimensional models. This suggests that the Sherrington-Kirkpatrick model as well as other mean-field finite connectivity lattices can be used to study these effects analytically.