Techniques de caractérisation des matériaux

Qu'est-ce que la caractérisation des matériaux ?

La caractérisation des matériaux permet aux chercheurs de déterminer la structure d'un matériau, le lien entre cette structure et ses propriétés macroscopiques, ainsi que son comportement dans les applications technologiques.

Les définitions de ce que l'on entend par "caractérisation des matériaux" varient. Alors que certains utilisent le terme pour désigner tout processus d'analyse des matériaux, y compris l'analyse thermique en vrac et les tests de densité, cet article de blog se concentre sur les techniques de caractérisation des matériaux utilisées pour étudier les propriétés microscopiques des matériaux.

La plupart de ces techniques de caractérisation des matériaux peuvent être classées dans les catégories de la microscopie ou de la spectroscopie.

Techniques de microscopie

La microscopie, l'étude des matériaux et des surfaces à l'aide de microscopes, est l'une des méthodes les plus fondamentales de la caractérisation des matériaux et de la recherche scientifique en général. Les microscopes utilisent une variété de méthodes différentes pour produire des images agrandies des matériaux et des surfaces.

Microscopes optiques

Utilisé partout, des classes de sciences des lycées aux laboratoires de pointe, le microscope optique est l'une des pièces d'équipement scientifique les plus reconnaissables au monde. Les microscopes optiques utilisent des lentilles et des miroirs pour produire une image agrandie à l'aide de la lumière visible. Bien qu'ils soient extrêmement utiles pour un grand nombre d'applications, les microscopes optiques sont fondamentalement limités par la relation entre la longueur d'onde et l'énergie des photons, ce qui fait que leur pouvoir de grossissement maximal est d'environ 1 000 fois.

Il existe de nombreuses variantes de la microscopie optique, dont plusieurs utilisent la fluorescence pour améliorer la puissance d'imagerie (par ex, fluorescence, confocal et à deux photons microscopie).

Microscopes électroniques

Il existe plusieurs types de microscopie électronique, notamment microscopie électronique à balayage (SEM), la microscopie électronique à transmission (MET), et microscopie à effet tunnel (STM). Ils utilisent des faisceaux d'électrons plutôt que des faisceaux de lumière pour caractériser les matériaux. Ensemble, les microscopes électroniques sont les microscopes les plus puissants au monde, capables de produire des images avec un grossissement allant jusqu'à 50 000 000x.

Autres techniques de microscopie

Plusieurs autres types de microscopie peuvent être utilisés pour la caractérisation des matériaux :

• Microscopie à force atomique (AFM)
• Microscopie à rayons X
• Microscopie ultraviolette (UV)

Techniques spectroscopiques

Les techniques spectroscopiques sont nombreuses et variées, mais elles consistent toutes à mesurer la réponse d'un matériau à différentes fréquences de rayonnement électromagnétique. Selon la technique utilisée, la caractérisation des matériaux peut être basée sur l'absorption, l'émission, l'impédance ou la réflexion de l'énergie incidente par un échantillon.

La spectroscopie est un domaine très vaste et il existe un grand nombre de techniques. Parmi les plus populaires, on peut citer Spectroscopie des rayons X, spectroscopie UV/visible, spectroscopie infrarouge (IR), Spectroscopie Raman, et Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN).

Autres techniques de caractérisation des matériaux

De nombreuses techniques utilisées pour la caractérisation des matériaux ne relèvent pas des catégories de la microscopie et de la spectroscopie. Parmi les exemples les plus connus, citons

• Techniques de diffraction telles que Diffraction des rayons X sont généralement utilisés pour déterminer la structure cristalline.
• NanoindentationLa caractérisation des matériaux peut être effectuée sur la base de la réponse à l'échelle nanométrique d'un matériau à une sonde mécanique très petite et très précise, appelée nanoindeur.
• Techniques électriques et magnétiques, y compris spectroscopie d'impédance.

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