Ce cours explore les méthodes permettant de déterminer la structure des matériaux et la manière dont ces caractéristiques peuvent être mises en relation avec les propriétés du matériau lorsqu'il est utilisé dans un dispositif particulier, par exemple une batterie, un catalyseur ou un émetteur de lumière semi-conducteur. La « structure » est un concept complexe dans le domaine de la chimie des matériaux, qui englobe différents aspects tels que la structure à longue portée, la structure locale, les surfaces, la morphologie des particules, la dynamique, etc. De ce fait, aucune technique ne permet à elle seule de nous fournir toutes les informations nécessaires sur la structure d’un matériau donné ; nous devons donc recourir à toute une batterie de méthodes différentes, telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique, la RMN à l’état solide, la spectroscopie d’absorption des rayons X, etc. Nous examinerons ici ce que ces différentes méthodes nous apprennent sur la structure, et comment nous pouvons rassembler toutes ces informations pour obtenir une image complète et unifiée de la structure d’un matériau particulier. Enfin, nous utiliserons ces informations pour comprendre comment le matériau fonctionne, et pourquoi il présente des défaillances lorsqu’il est utilisé dans un dispositif particulier.
La dernière partie du cours comprend une série d'études de cas tirées de la littérature scientifique récente dans des domaines tels que le stockage d'énergie, le stockage d'hydrogène et l’émission de lumière par des semi-conducteurs.
Plan du cours
- Qu'est-ce que la structure ? Cette partie aborde les différentes caractéristiques structurelles, notamment la structure à longue portée et la structure locale, la structure cristalline, le désordre structurel, le désordre de composition, la forme et la taille des particules, la structure de surface et la dynamique.
- Comment détermine-t-on la structure ? Exploration de différentes techniques, notamment la diffraction des rayons X, la diffraction des neutrons, la microscopie électronique (MEB, MET), la diffraction électronique, la structure fine d'absorption des rayons X (XAFS, XANES, EXAFS), la spectroscopie Mössbauer et la RMN à l'état solide.
- Comment relier la structure à la fonction ? Cette partie du cours prend la forme d'une série d'études de cas portant sur différents matériaux récemment présentés dans la littérature.
