Thème 3 : Matériaux

M2 Structures et propriétés

1. Conduction électrique. Les matériaux conducteurs permettent le passage d'un courant électrique sous l'application d'une tension entre ses bornes. Dans les liquides, ce courant est véhiculé par des mouvements d'ions. Dans les solides, il est véhiculé par des électrons.

Dans les solides, les électrons sont « rangés » dans des couches d’énergie croissante. La dernière couche (de niveau énergétique supérieur), est appelée bande de valence. Les électrons de cette couche sont mobiles, ils peuvent passer dans une couche d’énergie supérieure :la bande de conduction. oxyde de silicium

Conducteurs : les deux bandes se chevauchent ou la bande de valence est incomplète.

les bandes sont séparées par un petit gap énergétique (1eV). Semi-conducteurs : les bandes sont séparées par un petit gap énergétique (1eV). Ce gap, ou bande interdite, correspond à l’énergie nécessaire pour faire passer un électron dans la bande de conduction. La conductivité des semi conducteurs intrinsèques (matériau ultra pur) augmente faiblement avec la température (elle est nulle au zéro absolu). Il est possible de doper ces semi-conducteurs en introduisant des impuretés dans la structure du cristal.

Isolants : le gap énergétique est plus grand (6eV).

a) Effet photovoltaïque. L’effet photovoltaïque est la capacité de certains semi-conducteurs à convertir directement l’énergie du soleil (photons) en électricité. Le matériau le plus souvent utilisé est le silicium.

b) Supraconducteurs. Le mouvement des électrons dans un matériau induit par une tension est ralenti, notamment due aux chocs entre les électrons: c’est la résistance. Cette résistance occasionne un réchauffement du matériau, appelé effet joule. A très basse température, certains matériaux ont la propriété de n’offrir aucune résistance à la circulation des électrons: les supraconducteurs.

2) SYSTEME DISPERSE. Un système est dit dispersé si deux phases non miscibles sont mélangées intimement. Ils sont instables, les deux phases tendant naturellement à se séparer.

Tensioactifs Les tensioactifs (les phospholipides par exemple) ont un caractère amphiphile : c'est-à-dire qu’ils présentent deux parties dans leur structure : l’une est hydrophile (la tête), l’autre hydrophobe (la queue, hydrocarbure).

Cette propriété leur permet de se placer à l’interface entre deux liquides non miscibles. la tête se solubilise dans l’eau, et la queue dans les solvants hydrophobes. Ils permettent ainsi la stabilisation des émulsions (système dispersé liquide-liquide) ou des mousses liquides (système dispersé gaz-liquide).

3) COLLES. Les colles permettent de souder deux matériaux entre eux. Ce sont le plus souvent des polymères capables de former des liaisons avec les matériaux à souder. Ces liaisons sont le plus souvent des interactions de Van der Waals (interactions faibles). Mais dans certains cas, des liaisons covalentes se forment, offrant ainsi une très forte adhésion.

FIN M2