Neste trabalho, diferentes tipos de microestruturas foram geradas por torneamento com ferramenta de diamante de ponta única e microendentação para serem replicadas através da prensagem a quente. Testes foram realizados para ser avaliada a geração destas microestruturas por dois métodos distintos: microdeformação e microusinagem, planejados para observar a replicação gerada por marca de endentação Vickers (piramidal) e, remoção de material (torneamento com ferramenta de diamante de ponta única). Uma revisão no processo de manufatura aplicada para a replicação de microestruturas é apresentada. Os materiais usados como molde e réplica foram o cobre eletrolítico e o polimetilmetacrilato (PMMA), respectivamente. Inicialmente, a usinabilidade do cobre eletrolítico foi avaliada sob diferentes condições de corte, a fim de determinar parâmetros apropriados de torneamento para obter um fino revestimento de superfície final (rugosidade). Observou-se que para avanços (f) de 10 mícrons por revolução e profundidade de corte (ap) de 5 mícrons, a superfície apresentou um baixo valor de rugosidade, isto é, 2,81 nm para rugosidade média (Ra) e 13,4 nm para rugosidade teórica (Rt). Além disso, observou-se que a microestrutura do material mostrou-se de fundamental papel na rugosidade, por conta da recuperação elástica dos grãos devido a anisotropia da estrutura policristalina do cobre. As microestruturas geradas para a replicagem foram: a) lente esférica, b) perfil senoidal e sulcos concêntricos. Os resultados mostraram que é viável a reprodução, com boa conformidade das microestruturas, por meio de prensagem a quente. Observou-se que as bordas e as superfícies finas com rugosidade em torno de 10 nm rms foram bem replicadas. / In this work, different types of microstructures were generated by single point diamond turning and microindentation for will replicated through the hot embossing. Tests were carried to evaluate the generation these microstructures by two distinct methods: micro-deformation and micro-machining, planned to observe the replication of the mark generated by the Vickers indenter (Pyramidal) and the latter by material removal (single point diamond turning). A review on several manufacturing processes applied to replication of microfeatures, is presented. The materials used as mould and replication workpiece were electroless copper and polymethylmethacrylate (PMMA), respectively. Initially, the machinability of electroless copper was evaluated under different cutting conditions to determinate appropriate turning parameters to obtain very fine surface finish (roughness). It was observed that for f = 10 microns of revolution (feed rate) and ap = 5 microns (depth of cut), the surface presented the roughness’ lowest value, i.e., 2,81 nm to medium roughness (Ra) and 13,4 nm to theoretical roughness (Rt). Moreover, it was observed that the microstructure of the material plays a fundamental role on roughness, because of the elastic recovery of grains due to the anisotropy of the polycrystalline structure of copper. The microfeatures generated were the following: a) spherical lens, b) sinusoidal profile and concentrical grooves. The results showed that it is feasible to reproduce, with good agreement, the microfeatures by means of hot embossing. It was observed that thin edges and fine surfaces with roughness around 10 nm rms were well replicated.

O período pós-colisional Neoproterozoico no sul do Brasil é marcado por intensa atividade tectônica transcorrente. Neste contexto, a Zona de Cisalhamento Quitéria Serra do Erval, uma das inúmeras estruturas que compõe o Cinturão de Cisalhamento Sul-brasileiro, controlou o aporte, a ascensão e o posicionamento de diversos granitoides, dentre eles, os Granitoides Arroio Divisa, intrusivos no Complexo Arroio dos Ratos. Os Granitoides Arroio Divisa compreendem uma associação de rochas predominantemente granodioríticas, com termos dioríticos e tonalíticos ocorrendo em menor expressão. Apresentam textura heterogranular média a grossa e são sempre foliadas. Ao longo da intrusão, são distinguidas zonas de mais alta e mais baixa deformação, distribuídas de forma heterogênea, o que é evidenciado pelo grau de desenvolvimento e morfologia das estruturas planares e lineares. Nas zonas de mais baixa deformação, concentradas nas porções centrais do corpo granítico, predominam as estruturas magmáticas e a componente deformacional é menos intensa, enquanto que em direção à borda norte da intrusão, a morfologia destas estruturas progride por aumento na intensidade da deformação, com a geração de foliação milonítica bem desenvolvida A evolução estrutural dos Granitoides Arroio Divisa é marcada por estruturas tardi-magmáticas que avançam progressivamente para estruturas subsolidus, e subsequentemente para estruturas de mais baixa temperatura, evidenciando a cristalização com concomitante história deformacional sob condições de temperatura decrescente. Feições microestruturais de alta temperatura incluem o desenvolvimento do padrão tabuleiro de xadrez em cristais de quartzo, e a geração de subgrãos grandes em cristais de K-feldspato e plagioclásio, compatíveis com temperaturas da fácies anfibolito superior e com a temperatura solidus de composições graníticas. As feições microestruturais de baixa temperatura consistem na recristalização dos cristais de quartzo por bulging, neoformação de grãos finos ao redor dos cristais de feldspato, e desenvolvimento de pertitas em chamas nos K-feldspato, compatíveis com temperaturas da fácies xistos verdes, bem abaixo da solidus. Enquanto as microestruturas de alta deformação estariam associadas aos estágios iniciais da cristalização e resfriamento do magma, as de mais baixa estariam relacionadas aos estágios pós-cristalização, quando rocha e encaixante alcançam equilíbrio térmico. / The Neoproterozoic post-collisional period in southern Brazil is marked by intense transcurrent tectonic activity. In this context, the Serra do Erval Quitéria Shear Zone, one of the several structures that compose the South Brazilian Shear Belt, controlled the input, ascent and emplacement of several granitoids, among them the Arroio Divisa Granitoids, intrusive in the Complex Arroio dos Ratos. The Arroio Divisa Granitoids consist an association of predominantly granodioritic rocks, with dioritic and tonalitic terms occurring in lesser expression. They presented medium to thick heterogranular texture and are always foliated. Along the intrusion, zones of higher and lower deformation are distinguished, distributed in a heterogeneous way, which is evidenced by the degree of development and morphology of the planar and linear structures. In the lower deformation zones, which are concentrated in the central portion of the granitic body, the magmatic structures prevail and the deformation component is less intense, whereas towards the north margin of the intrusion the morphology of these structures progresses by increase in the intensity of the deformation, with the generation of well-developed milonitic foliation The structural evolution of the Arroio Divisa Granitoids is marked by progressively advance of the late-magmatic to subsolidus structures, and subsequently to structures of lower temperature, evidencing the crystallization with concomitant deformational history under conditions of decreasing temperature. High-temperature microstructural features include the development of the chessboard pattern in quartz crystals, and the generation of large subgrains in K-feldspar and plagioclase crystals, compatible with temperatures of amphibolite high-grade facies and with the solidus temperature of granite compositions. The low temperature microstructural features consist of recrystallization of the quartz crystals by bulging, neoformation of fine grains around the feldspar crystals, and development of flaming pertite in the K-feldspar, compatible with temperatures of the greenschist facies, well below the solidus. While the high deformation microstructures would be associated to the initial stages of crystallization and cooling of the magma, the one of lower deformation would be associated to the post crystallization stages, when rock and host rock reach thermal balance.

Filmes amorfos de nitreto de alumínio (AlN) foram preparados por sputtering de rádio frequência convencional em um alvo de Al+Cr e plasma de nitrogênio puro. A área relativa de Al-Cr determina o conteúdo de Cr, o qual esteve em um intervalo de concentração de ~ 0 3.33 at.% no presente estudo. A deposição dos filmes foi seguida por tratamento térmico das amostras até 1050 ºC e por caracterização espectroscópica através de medidas de EDS (Energy Dispersive Spectrometry), Foto-luminescência e Transmissão Óptica. De acordo com os resultados experimentais, as propriedades óptico-eletrônicas dos filmes de AlN contendo Cr são altamente influenciadas tanto pela concentração de Cr como pela temperatura de tratamento térmico. Na verdade, o tratamento térmico a 1050 ºC induz o desenvolvimento de estruturas que, devido ao seu tamanho típico e características espectrais exclusivas, foram designadas por micro-estruturas de rubi (RbMSs). Estas RbMSs são rodeadas por um meio rico em nitrogênio no qual os íons Cr3+ apresentam características luminescentes não encontradas na literatura. A emissão de luz apresentada pelas RbMSs e suas vizinhanças foram investigadas de acordo com o conteúdo de Cr e a temperatura de medida permitindo a identificação de várias linhas luminescentes relatadas do Cr3+. As principais características destas linhas luminescentes e correspondentes processos de recombinação-excitação são apresentados e discutidos tendo em vista uma análise espectroscópica detalhada. / Films of amorphous aluminum-nitride (AlN) were prepared by conventional radio frequency sputtering of an Al+Cr target in a plasma of pure nitrogen. The Cr-to-Al relative area determines the chromium content, which stayed in the ~ 0 3.33 at.% concentration range in the present study. Film deposition was followed by thermal annealing the samples up to 1050 ºC and by spectroscopic characterization through energy dispersive spectrometry (EDS), Photo-luminescence and Optical Transmission measurements. According to the experimental results, the optical-electronic properties of the Cr-containing AlN films are highly influenced by both the Cr concentration and the temperature of the thermal treatments. In fact, thermal annealing at 1050 °C induces the development of structures which, because of their typical size and unique spectral characteristics, were designated by ruby microstructures (RbMS\'s). These RbMS\'s are surrounded by a nitrogen-rich environment in which Cr3+ ions exhibit luminescent features with no counterpart in the literature. The light emission presented by the RbMS\'s and surroundings were investigated according to the Cr content and temperature of measurement allowing the identification of several Cr3+-related luminescent lines. The main characteristics of these luminescent lines and corresponding excitation-recombination processes are presented and discussed in view of a detailed spectroscopic analysis.

The development of technologies that enable efficient and reliable energy inter-conversion and storage is of key importance for tempering the intermittent availability of renewable energy sources, and thus for developing an energy economy based on sustainable, clean energy production. Solid oxide electrolysis cells (SOECs) may be used to store excess electrical energy as hydrogen, while solid oxide fuel cells (SOFCs) could convert back hydrogen into electricity, thus balancing energy availability and demand. However, the current state-of-the-art hydrogen electrode used in both SOECs and SOFCs, the Ni-yttria-stabilised zirconia cermet (Ni-YSZ), is unreliable in conjunction with intermittent energy sources, in particular due to its innate redox instability. This thesis explores the fundamental properties of various inherently redox stable A-site deficient titanate perovskite systems (A1-αBO3, B = Ti), seeking to uncover the principles that enhance their properties so that they may be used to replace Ni-YSZ. In particular, this work demonstrates that the versatility of perovskites with respect to the introduction of lattice defects such as vacancies and cation substitutions enables considerable improvements in the extent of reduction, electronic conductivity and overall electrochemical activity. Most importantly, the defect chemistry context set by the presence of A-site vacancies was found to trigger the exsolution of electrocatalytically active nanoparticles from the parent perovskite, upon reduction. This is an entirely new phenomenon which was explored and exploited throughout this study to produce perovskite surfaces decorated with uniformly distributed catalytically active nanoparticles. As demonstrated in this study, the exsolution phenomenon excels in terms of producing nanoparticles with uniform size, distribution, diverse composition and ‘unconventional' surface anchorage. The resulting enhanced properties, and especially the exsolution phenomenon, contributed coherently towards improving the suitability of the perovskites developed here towards their application as hydrogen electrode materials. Consequently, when integrated into SOEC button cells as hydrogen electrodes, they exhibited a step-change increase in performance compared to other perovskites considered to date. Many of the principles and perovskite defect chemistry explored and exemplified in this study on perovskite titanates may be extended to other perovskites as well. In particular the advanced control and understanding achieved in this work over the exsolution phenomenon may inspire the formulation of new and sophisticated oxide materials with advanced functionality.

L’adhérence et le frottement existent dans de nombreux systèmes techniques ainsi que dans les systèmes naturels. Ces deux phénomènes ont une influence importante sur la durabilité et l’efficacité des dispositifs techniques. Une approche reconnue pour ajuster précisément ces caractéristiques - outre le fait de modifier les propriétés physico-chimiques - est la texturation des surfaces en contact. Les surfaces de feuilles de plantes sont souvent décorées avec des morphologies de surface diverses, et présentent ainsi des fonctionnalités de surface remarquables. Cette thèse visait à réaliser une étude systématique de la mécanique de l’adhérence et du frottement sur des surfaces micro-structurées, répliquées à partir de surfaces de feuilles végétales, en contact avec une sonde qui s’inspire de l’organe adhérent d’un insecte. Les morphologies de surface de trois feuilles végétales différentes ont été directement transférées sur un polymère viscoélastique. Pour ce faire, trois approches différentes de reproduction ont fait l’objet d’une étude approfondie. La microscopie électronique à balayage et la microscopie confocale à balayage laser ont été utilisées pour l'évaluation qualitative et quantitative de la qualité de reproduction. Concernant l’étude de la mécanique du contact, un nano-indenteur a été modifié, permettant d’enregistrer les images in situ des contacts réels. Des tests de pull-off ont été menés afin d’évaluer quantitativement l’effet de la pré-charge sur la force d’adhésion et pour comprendre les modes distincts de collage/décollement. Des essais de frottement ont été effectués afin d’examiner l’effet de la charge normale et de la vitesse de glissement sur la force de frottement. Les résultats ont été discutés en fonction de la topographie de chaque surface. / Adhesion and friction exist in many technical systems as well as in natural ones. Both phenomena have a profound influence on the durability and efficiency of technical systems. A well-recognised way to tune these characteristics - besides altering the physicochemical properties - is the texturing of the interacting surfaces. Inspiringly, plant leaf surfaces are often decorated with diverse surface morphologies, and so show remarkable functionalities. This thesis aimed to perform a systematic investigation of adhesion and friction mechanics on micro-structured surfaces replicated from plant leaves, in contact with a probe, which was inspired from an insect’s adhesive pad. Surface morphologies of three different plant leaves were directly transferred onto a viscoelastic polymer. For this, three different replication approaches were comprehensively explored. Scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy were used for the qualitative and quantitative evaluation of replication ability. For the contact mechanics investigation, a high-resolution nanoindenter was modified, with incorporating a unique feature to record the in-situ real-contact images. Pull-off tests were carried out to quantitatively evaluate the effect of pre-load on adhesion force characteristics and to understand distinct attachment-detachment modes. Friction investigations were performed to examine the effect of normal load and sliding speed on the friction force. Results were discussed with regard to each surface’s topography.

Cette thèse vise à étudier les propriétés thermo-poro-mécaniques de roches de faille, à partir de l'analyse structurale et microstructurale d'une faille aujourd'hui à l'affleurement et à partir d'expériences menées en laboratoire, en vue de déterminer les processus qui contrôlent l'efficacité de deux mécanismes responsables de d'affaiblissement cosismiques : la pressurisation thermique et le mécanisme d'affaiblissement par drainage. L'étude de terrain a été conduite sur deux affleurements appartenant à une faille décrochante potentiellement active appartenant au système de failles du Chugoku occidental (Japon) : la faille d'Usukidani. Le travail expérimental a quant à lui été mené dans le laboratoire de déformation des roches de l'Université de Kyoto. Les résultats majeurs de ce travail sont exposés ci-dessous. <br /> Les propriétés hydrologiques et poro-élastiques de la gouge et de la brèche de la faille d'Usukidani ont été determinées à partir d'échantillons prélevés sur le terrain. Ces données hydrauliques ont ensuite été utilisées dans un modèle numérique afin d'évaluer l'importance du phénomène de pressurisation thermique dans le cas d'un glissement cosismique le long de la zone de glissement principale et le long de zones de glissement secondaires. Les résultats de cette modélisation suggèrent que le mécanisme de pressurisation thermique n'est efficace que si la rupture reste localisée le long des zones de glissement contenant de la gouge, avec comme facteur de contrôle l'épaisseur de cette zone de glissement. <br /> Afin d'identifier les processus dynamiques particulaires responsables de l'affaiblissement cosismique dans la zone de glissement, plusieurs essais de friction ont été menés sur une machine à cisaillement annulaire. Ces expériences ont été conduites à des vitesses cosismiques (équivalentes à 0,09, 0,9 et 1,3 m/s) en conditions humides ou conditions sèches. Les données obtenues montrent que quelles que soient les conditions d'humidité initiales, les failles simulées montrent toutes un affaiblissement lors du déplacement. Un examen détaillé des microstructures des gouges cisaillées obtenues une fois l'équilibre frictionnel atteint permet de définir deux types de microstructures impliquant deux régimes de déformation : un régime de déformation par roulement avec la formation d'agrégats argileux, et un régime de déformation par glissement avec la formation d'une zone de cisaillement complexe localisée à l'interface gouge-éponte. L'affaiblissement observé lors des expériences semble être lié à une diminution de la proportion de grains roulants par rapport à celle de grains glissants, et semble être favorisé par le développement des agrégats argileux, lesquels sont contrôlés par la teneur en eau.<br /> A partir d'un modèle numérique (P2 FEM) et des données de contrainte cisaillante obtenues lors des essais de friction, il a été possible de calculer l'évolution de la température de la gouge en fonction du déplacement. Les résultats suggèrent que la distance dc pourrait représenter la distance nécessaire à une faille pour produire et diffuser assez de chaleur afin de casser les ponts d'eau capillaire (forces d'adhésion) et ainsi permettre à l'eau contenue dans la gouge d'être libérée. Ce mécanisme est appelé mécanisme d'affaiblissement par drainage.

Dans l'industrie de la microtechnologie, la gravure profonde du silicium permet l'obtention de structures à fort rapport d'aspect (MEMS, MOEMS, vias, caissons d'isolation...). La cryogravure est l'une des voies pour réaliser ces structures. L'objet de cette thèse est l'étude des mécanismes de formation de la couche de passivation SiOxFy dans le procédé cryogénique de gravure par plasma SF6/O2 du silicium. Cette couche ne se forme uniquement qu'à basse température (~ -100°C). Elle désorbe lors de la remontée en température à l'ambiant du substrat en libérant des espèces analysables par spectrométrie de masse. La principale espèce détectée est le produit de gravure SiF4. En testant des plasmas de construction de la couche avec le SiF4, nous avons trouvé deux mécanismes possibles de formation de la couche SiOxFy. Afin de compléter l'étude, nous avons installé un ellipsomètre spectroscopique in-situ afin de caractériser l'interaction de différents plasmas (Ar, SF6, O2, SF6/O2, SiF4/O2) avec le silicium montrant ainsi l'effet de la température du substrat et du flux d'ions.<br />En régime de surpassivation, les MicroStructures Colonnaires, défaut du procédé de cryogravure, apparaissent au fond du motif. Une étude paramétrique de ces structures est effectuée en variant les conditions du plasma (température, Vbias, puissance de la source, pression et temps).

Nous avons étudié in situ et en temps réel la solidification dirigée d'échantillons minces d'alliages binaires et d'un quasicristal en combinant radiographie et topographie X. Sur Al-3,5%pdsNi non-affiné, nous avons étudié la formation de l'état initial et la morphologie du front de solidification (croissance cellulaire puis dendritique). Les effets des contraintes mécaniques ont été mis en évidence. La transition colonnaire-équiaxe a été étudiée sur Al-3,5%pdsNi affiné. Nous avons décrit le blocage du front colonnaire et le régime de croissance équiaxe ultérieure. L'efficacité des affinants tend vers une limite. Une analyse de la morphologie des microstructures a été effectuée. L'étude du quasicristal i-AlPdMn montre la croissance de grains dodécaédriques facettés. Nous avons mis en évidence les effets de la convection thermosolutale. La visualisation des contraintes montre une forte déformation des grains. L'apparition de porosités a été observée au cours de la fusion des grains.

La microstructure d'une roche sédimentaire, y compris lorsque celle-ci n'a pas subi de déformation tectonique, présente toujours une ou plusieurs caractéristiques anisotropes liées à la forme, l'orientation préférentielle ou l'arrangement de ses éléments constitutifs. Du fait des conséquences qu'ont ces anisotropies sur des propriétés physiques telles que les propriétés de transport ou la déformabilité, comme de l'histoire géologique qu'elles recellent, leur étude a constitué l'objet de nombreux travaux. Dans ce travail, les microstructures de roches présentant des degrés de déformation variés ont été analysées par examen direct (microscopie) et à travers différentes mesures de propriétés physiques réalisées en laboratoire (vitesse de propagation d'onde P ultrasonique, susceptibilité magnétique, conductivité électrique). Tous les échantillons étudiés ont présenté un comportement anisotrope vis-à-vis des propriétés mesurées. Faisant l'hypothèse que les vitesses d'onde P peuvent être représentées par un tenseur symétrique de rang 2, nous leur avons appliqué la même procédure d'inversion que celle qui est utilisée en routine pour traiter les données de susceptibilité magnétique. Cette méthode s'est avérée être un outil efficace d'estimation<br />spatiale des anisotropies acoustiques. Dans chaque cas, nous avons tenté d'attribuer aux anisotropies mesurées une origine microstructurale, d'abord en utilisant des modèles élastiques, puis par analyse des microstructures.<br />Parmi les roches étudiées, il a été mis en évidence un contrôle des anisotropies par un allongement préférentiel<br />des pores, par une anisotropie de distribution des contacts intergranulaires, par l'orientation préférentielle d'un<br />réseau de fissures interagissant avec un terme de compaction ou par une composition entre plans de microschistosit<br />é. Le résultat principal de ce travail est le fait que les anisotropies de vitesse d'onde P ultrasonique peuvent<br />exprimer la composition d'anisotropies présentes à l'échelle microstructurale, ainsi que leur évolution au cours<br />de la déformation.

Une étude tectonique a été entreprise dans la Zone des Brèches de Tarentaise,dans la région de Bourg-Saint-Maurice. Plusieurs phases de déformation y ont été reconnues: -une phase (au moins) anté"flysch",mal définie; -trois phases synschisteuses postérieures au"flysch": Phase 1 : associée à une foliation . Phase 2 : associée à une schistosité de crénulation fine et des plis de direction N040 et NI70, synchrone de la mise en place des grandes unités. Phase 3 :associée à une schistosité de pli-fracture fruste et des plis de direction NO10. -plusieurs phases tardives: .une phase principale donnant des grands plis de direction NOSO,avec rejeu des contacts majeurs. .une phase donnant des ondulations de direction N150. .une phase en distension . . des diaclasages et autres fracturations sans grands rejets. Il ressort essentiellement de cette étude que: -le métamorphisme de faciès "Schistes Verts" est antérieur aux grandes structures. -un contact tectonique dans le flysch sépare l'Unité du Roignais-Versoyen en deux sous-unités. -les phases tardives jouent un très grand rôle dans la structure actuelle de la zone étudiée.