– OPTHERMAL

Avec le développement rapide de micro- et nano-systèmes, le transfert de chaleur à l'échelle sub-micron est devenu un problème central en nanosciences et nanotechnologie, conduisant à une croissance très rapide de ce nouveau domaine. En fait, le transfert d'énergie à l'échelle nanomètrique soulève de nombreuses questions fondamentales, sur la nature des mécanismes mis en jeu ainsi que sur leurs évolutions en fonction de la taille. Par exemple, lorsque la dimension d'un système devient plus petite ou comparable au libre parcours moyen des phonons, les approches classiques de physique du solide ne sont plus utilisables. Il en est de même, en présence d'interfaces ou lorsque la chaleur est transférée à travers une fine couche de fluide ou une jonction 1D. La résistance interfaciale entre deux matériaux, sa modification à l'échelle nanométrique, et les interactions entre nanoparticules sont également des aspects clés, mais très peu connus, pour la compréhension de l'augmentation de la conductivité thermique des nano-fluides (suspensions colloïdales de nanoparticules d'oxyde ou de métal). - Le but de notre projet est de développer des expériences et des simulations novatrices pour étudier sélectivement différents aspects du transfert de chaleur à l'échelle sub-micron. L'approche expérimentale est basée sur la spectroscopie résolue en temps de nanoparticules métalliques, utilisées pour réaliser un échauffement local et pour détecter localement la chaleur. Cette technique a été très peu utilisée pour étudier les transferts d'énergie nanoparticule-environnement et les mécanismes qui les sous-tendent, bien que, comparée à des méthodes nécessitant un contact, elle a l'avantage d'être non invasive et de permettre l'étude de nombreux types d'environnements. De plus, l'amélioration des techniques de synthèse, offre de nombreuses possibilités, largement inexplorées, d'adaptation des nanoparticules à l'étude d'un problème spécifique. Lors de notre projet, des nanosphères métalliques avec une interface contrôlée (présence et nature des surfactants) ainsi que de nouvelles particules bimétalliques, des nano-haltères formées par deux nanosphères d'or et d'argent de taille ajustable et séparées par une distance contrôlée, seront synthétisées pour étudier sélectivement trois problèmes clés du transfert de chaleur à l'échelle nanométrique: - i) La conduction thermique à l'interface solide-liquide ou solide-amorphe, et sa possibilité d'utilisation comme sonde de l'interface: les études seront réalisées dans des nanosphères d'or ou d'argent dispersées dans différents liquides ou dans une matrice amorphe. Les régimes thermiques linéaire et nonlinéaire seront étudiés dans différents fluides. - ii) La conduction thermique d'une jonction moléculaire: l'étude sera basée sur l'analyse du transfert de chaleur entre les sphères d'or et d'argent formant des nano-haltères, après leur dépôt sur une surface. - iii) Les mécanismes de transferts de chaleur à travers un film mince d'un fluide: une approche similaire à celle du point (ii) sera utilisée, mais pour des nano-haltères en solution. - Les approches expérimentales seront associées à des développements théoriques et numériques pour modéliser les transferts d'énergie à l'échelle moléculaire dans les géométries expérimentales. Cette modélisation permettra de relier précisément la cinétique de relaxation thermique mesurée expérimentalement aux mécanismes de transfert et de conduction de la chaleur et d'extraire leurs caractéristiques. - Les trois équipes impliquées sont formées d'experts reconnus dans des domaines couvrant l'ensemble des trois aspects nécessaires à la réalisation de ce projet (expériences résolues en temps pour le LASIM, synthèse et fonctionnalisation de nanoparticules pour le LPMCL, et modélisation pour le LPMCN). Leur appartenance au même campus permettra une collaboration très étroite et une excellente synergie. - ...