cours + des applications corrigés de physique des matériaux 1 smp s5 FS Rabat
UNIVERSITE MOHAMMEDV-AGDAL
Faculté des Sciences
Département de Physique
Rabat
UM5A FSR RABAT
Filière: Science de la Matière Physique
(SMP)/ Semestre 5
Module: physique des matériaux 1
Pr. A. Belayachi , Pr. M. ABD-LEFDIL
Filière SMP– Semestre 5 - PHYSIQUE DES MATERIAUX I
Module 30 : Physique des Matériaux: Cours 18H, TD 18H et 8H de TP
- Introduction à la physique des matériaux : Compléments de cristallographie, Réseau
réciproque, diffraction X, Classification des matériaux
- Propriétés physiques des matériaux : propriétés électroniques, théorie des bandes,
distribution des électrons dans les métaux, isolants et semi-conducteurs, conductivité
électrique, propriétés thermiques, vibration du réseau (phonons), conductivité thermique,
chaleur spécifique, propriétés électriques, ferroélectricité, piézoélectricité, diélectrique,
Propriétés magnétiques, diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme.
contenu:
Les réseaux direct et réciproque
Les structures usuelles
Diffraction des rayonnements par les solides
Les nouveaux matériaux
Energie de cohésion des solides
Constantes d’élasticité et ondes élastiques
Phonons et vibrations du réseau
Théorie de Drude pour les métaux
Matériaux conducteurs
Matériaux semi-conducteurs
Matériaux supraconducteurs
Matériaux diélectriques (SMP 6)
id=987
les sommaires:
1-version 2015-2016
les programme:
Département de Physique
Laboratoire de Physique des Matériaux
-------------------------------------------
Physique des Matériaux I
------------------------------------------
LICENCE SCIENCES DE LA MATIERE PHYSIQUE
SEMESTRE 5
COURS – TRAVAUX DIRIGES – TRAVAUX PRATIQUES
-------------------------------------------
Pr. A. Belayachi
PROGRAMME – SEMESTRE 5 – 2015/2016
SEQUENCE 1: LA CRISTALLOGRAPHIE
Chapitre 1: Les réseaux direct et réciproque
Chapitre 2: Les structures usuelles
Chapitre 3: Diffraction des rayonnements par les solides
Chapitre 4: Les nouveaux matériaux
SEQUENCE 2: COHESION ET DYNAMIQUE DU RESEAU
Chapitre 5: Energie de cohésion des solides
Chapitre 6: Constantes d’élasticité et ondes élastiques
Chapitre 7: Phonons et vibrations du réseau
SEQUENCE 3: PROPRIETES DE TRANSPORT
Chapitre 8: Matériaux conducteurs
Chapitre 9: Matériaux semi-conducteurs
Chapitre 10: Matériaux supraconducteurs
Chapitre 11: Matériaux diélectriques (SMP 6)
BIBLIOGRAPHIE
1. INTRODUCTION A LA PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Dunod-Université (3ème edition)
2. PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Sciences Sup – Dunod (8ème edition)
3. PHYSIQUE DES SOLIDES
Neil W. Aschkroft et N. David Mermin – EDP Sciences
4. INITIATION A LA PHYSIQUE DU SOLIDE – EXERCICES COMMENTES
J. CAZAUX – Masson Editeur
5. PHYSIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE
Hung T. Diep - Sciences Sup – Dunod
6. PHYSIQUE DES MATERIAUX
Yves Quéré – Cours de l’Ecole Polytechnique - Ellipses
7. Cours : Introduction à la physique des matériaux
LISTE DES TRAVAUX PRATIQUES
TP 1. Etude des réseaux de Bravais
TP 2. Etude de quelques structures usuelles
TP 3. Analyse des structures par diffraction des rayons X
TP 4. Mesure de la conductivité électrique des matériaux
2-version 2014-2015
LA PHYSIQUE DES MATERIAUX
Pr. A. Belayachi
Université Mohammed V – Agdal
Faculté des Sciences Rabat
Département de Physique - L.P.M
Chapitre 1
LES RESEAUX DIRECT ET RECIPROQUE
1. Le réseau direct
2. Classification des réseaux de Bravais
3. Plans réticulaires et indices de Miller
3.1 Position dans la maille
3.2 Rangée
3.3 Plans réticulaires
3.4 Indices de Miller
3.5 Exemples
4. Le réseau réciproque
4.1 Construction
4.2 Généralisation
4.3 Propriétés
Chapitre 2
LES STRUCTURES
1. Le solide cristallin
1.1 Structure cristalline
1.2 Réseau à motif
2. Caractérisation d’une structure cristalline
2.1 Description
2.2 Compacité
2.3 Coordinance
2.4 Masse volumique
2.5 Existence de sites
3. Empilements compacts
4. Structures usuelles
4.1 Structure du chlorure de césium
4.2 Structure des métaux alcalins
4.3 Structure du chlorure de sodium
4.4 Structure du diamant
4.5 Structure Blende
4.6 Structure du magnésium
4.7 Structure du graphite
4.8 Structure würtzite
5. Structures particulières
5.1 Structure Fluorine type AX2
5.2 Structure pérovskite type ABX3
5.3 Structure spinelle type ABX4
6. Alliages
6.1 Alliages de substitution
6.2 Alliages d’insertion
7. Structures non idéales
7.1 Croissance pentagonale
7.2 Empilement aléatoire
7.3 Polytypisme
7.4 Structures non cristallines
8. Les quasi- cristaux
8. Les quasi- cristaux
9.1 Définition
9.2 Les fullerènes
9.3 Les nanotubes
9.4 Applications
10. Les défauts dans les cristaux
10.1 Défauts ponctuels
10.2 Les joints de grains
10.3 Les dislocations
10.4 Conséquences
Chapitre 3
DIFFRACTION DES RAYONS X PAR LES SOLIDES
1. Etude de la diffraction cristalline
1.1 Condition de diffraction par les réseaux
1.2 Le faisceau incident
1.3 Observation de la diffraction des rayons X par un réseau
1.3.1 Méthode de Laue
1.3.2 Méthode du cristal tournant
1.3.3 Méthode des poudres
2. Formulation de Bragg de la diffraction des rayons X
3. Formulation de von Laue de la diffraction des rayons X
4. Equivalence des formulations de Bragg et von Laue
5. Construction d’Ewald
6. Amplitude diffusée et facteur de structure
6.1 Diffusion par une particule chargée
6.2 Diffusion par un atome
6.3 Diffusion par un cristal
6.4 Facteur de structure
Chapitre 4
ENERGIE DE COHESION DES SOLIDES
1 . Introduction
2. Energie de cohésion des cristaux ioniques
2.1 Energie Madelung
2.2 Evaluation de la constante de Madelung a
2.2.1 Cas d’un cristal linéaire
2.2.2 Cas d’un cristal bidimensionnel
2.2.3 Cas d’un cristal tridimensionnel
2.3 Evaluation de r
3. Energie de cohésion des cristaux moléculaires
3.1 Energie potentielle d’interaction dans les cristaux de gaz neutres
3.1.1 Moment dipolaire induit
3.1.2 Interaction entre deux moments dipolaires
3.1.3 Interaction répulsive
3.1.4 Interaction totale
3.2 Paramètres du réseau à l’équilibre
4. Energie de cohésion des cristaux covalents et des métaux
5. Cristaux à liaison hydrogène
6. Rayons atomiques et ioniques
6.1 Rayon atomique
6.2 Rayon ionique
6.3 Rayon covalent
6.4 Rayon de Van der Waals
Chapitre 5
PHONONS ET VIBRATIONS DES RESEAUX
1. Défaut du modèle du réseau statique
2. Approximation du cristal harmonique
3. Théorie classique du cristal harmonique
3.1 Vibrations d’une chaîne monoatomique
3.2 Relation de dispersion
4. Vibrations d’une chaîne diatomique
5. Chaleur spécifique du réseau et loi de Dulong- Petit
6. Quantification des vibrations du réseau
6.1 Retour sur la quantification de l’interaction rayonnement matière
6.2 Le phonon
6.3 Confirmations expérimentales de l’existence des phonons
6.4 Diffusion inélastique d’un photon par un phonon
Chapitre 6
THEORIE DE DRUDE POUR LES METAUX
1 . Notion de classification
1.1 Symétrie cristalline et propriétés physiques
1.2 Liaison cristalline et propriétés physiques
1.3 Conductivité électrique des matériaux
2. Matériaux conducteurs
3. Modèle de Drude pour les métaux
3.1 Bases théoriques du modèle de Drude pour les métaux
3.2 Calcul de la conductivité électrique des métaux dans le modèle de Drude
3.3 Comparaison avec les résultats expérimentaux
3.4 Chaleur spécifique des métaux
3.5 Conductivité thermique et loi de Wiedemann-Franz
3.6. Conclusion
Chapitre 7
MATERIAUX SEMICONDUCTEURS ET SUPRACONDUCTEURS
1. Approche qualitative de la notion de bandes d’énergie dans les solides
2. Propriétés électriques des semi- conducteurs
2.1 Matériaux semi-conducteurs
2.1.1 Eléments de la colonne IV
2.1.2 Les cristaux III-V
2.1.3 Les cristaux II-VI
2.1.4 Les oxydes métalliques
2.1.5 Autres matériaux semiconducteurs
2.2 Dopage d’un semiconduteur
2.3 Conductivité électrique dans un semiconducteur
3. Supraconductivité
3.1 Mise en évidence expérimentale
3.2 Effet Meissner
3.3 Matériaux supraconducteurs
exercices corrigés physique des matériaux I smp s5
UNIVERSITE MOHAMMEDV-AGDAL
Faculté des Sciences
Département de Physique
Rabat
UM5A FSR RABAT
Filière: Science de la Matière Physique
(SMP)/ Semestre 5
Module: physique des matériaux 1
Pr. A. Belayachi , Pr. M. ABD-LEFDIL
Filière SMP– Semestre 5 - PHYSIQUE DES MATERIAUX I
Module 30 : Physique des Matériaux: Cours 18H, TD 18H et 8H de TP
- Introduction à la physique des matériaux : Compléments de cristallographie, Réseau
réciproque, diffraction X, Classification des matériaux
- Propriétés physiques des matériaux : propriétés électroniques, théorie des bandes,
distribution des électrons dans les métaux, isolants et semi-conducteurs, conductivité
électrique, propriétés thermiques, vibration du réseau (phonons), conductivité thermique,
chaleur spécifique, propriétés électriques, ferroélectricité, piézoélectricité, diélectrique,
Propriétés magnétiques, diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme.
contenu:
Les réseaux direct et réciproque
Les structures usuelles
Diffraction des rayonnements par les solides
Les nouveaux matériaux
Energie de cohésion des solides
Constantes d’élasticité et ondes élastiques
Phonons et vibrations du réseau
Théorie de Drude pour les métaux
Matériaux conducteurs
Matériaux semi-conducteurs
Matériaux supraconducteurs
Matériaux diélectriques (SMP 6)
Téléchagement
Date de publication : 21/07/2016id=987
les sommaires:
1-version 2015-2016
les programme:
Département de Physique
Laboratoire de Physique des Matériaux
-------------------------------------------
Physique des Matériaux I
------------------------------------------
LICENCE SCIENCES DE LA MATIERE PHYSIQUE
SEMESTRE 5
COURS – TRAVAUX DIRIGES – TRAVAUX PRATIQUES
-------------------------------------------
Pr. A. Belayachi
PROGRAMME – SEMESTRE 5 – 2015/2016
SEQUENCE 1: LA CRISTALLOGRAPHIE
Chapitre 1: Les réseaux direct et réciproque
Chapitre 2: Les structures usuelles
Chapitre 3: Diffraction des rayonnements par les solides
Chapitre 4: Les nouveaux matériaux
SEQUENCE 2: COHESION ET DYNAMIQUE DU RESEAU
Chapitre 5: Energie de cohésion des solides
Chapitre 6: Constantes d’élasticité et ondes élastiques
Chapitre 7: Phonons et vibrations du réseau
SEQUENCE 3: PROPRIETES DE TRANSPORT
Chapitre 8: Matériaux conducteurs
Chapitre 9: Matériaux semi-conducteurs
Chapitre 10: Matériaux supraconducteurs
Chapitre 11: Matériaux diélectriques (SMP 6)
BIBLIOGRAPHIE
1. INTRODUCTION A LA PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Dunod-Université (3ème edition)
2. PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Sciences Sup – Dunod (8ème edition)
3. PHYSIQUE DES SOLIDES
Neil W. Aschkroft et N. David Mermin – EDP Sciences
4. INITIATION A LA PHYSIQUE DU SOLIDE – EXERCICES COMMENTES
J. CAZAUX – Masson Editeur
5. PHYSIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE
Hung T. Diep - Sciences Sup – Dunod
6. PHYSIQUE DES MATERIAUX
Yves Quéré – Cours de l’Ecole Polytechnique - Ellipses
7. Cours : Introduction à la physique des matériaux
LISTE DES TRAVAUX PRATIQUES
TP 1. Etude des réseaux de Bravais
TP 2. Etude de quelques structures usuelles
TP 3. Analyse des structures par diffraction des rayons X
TP 4. Mesure de la conductivité électrique des matériaux
Chapitre 1
LES RESEAUX
Introduction générale
La cristallographie et la structure des matériaux
Les grandes dates dans l’histoire de la cristallographie
1. Le réseau direct
2. Classification des réseaux de Bravais
3. Plans réticulaires et indices de Miller
3.1 Position dans la maille
3.2 Rangée
3.3 Plans réticulaires
3.4 Indices de Miller
3.5 Exemples
4. Le réseau réciproque
4.1 Construction
4.2 Généralisation
4.3 Propriétés
5. Applications + correction
Application 1 : Le réseau cubique
Application 2 : Réseau tétragonal primitif
Bibliographie
1. INTRODUCTION A LA PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Dunod-Université (3ème édition)
2. PHYSIQUE DES SOLIDES
Neil W. Aschkroft et N. David Mermin – EDP Sciences
3. PHYSIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE
Hung T. Diep - Sciences Sup – Dunod
Chapitre 2
LES STRUCTURES
1. Structure cristalline
1.1 Définition
1.2 Réseau à motif
2. Caractérisation d’une structure cristalline
2.1 Description
2.2 Compacité
2.3 Coordinance
2.4 Masse volumique
2.5 Existence de sites
2.6 Stabilité d’une structure
3. Empilements compacts
4. Structures usuelles
4.1 Structure du chlorure de césium
4.2 Structure des métaux alcalins
4.3 Structure du cuivre
4.4 Structure du chlorure de sodium
4.5 Structure du diamant
4.6 Structure Blende
4.7 Structure du magnésium
4.8 Structure du graphite
4.9 Structure würtzite
5. Structures particulières
5.1 Structure Fluorine type AX2
5.2 Structure pérovskite type ABX3
5.3 Structure spinelle type ABX4
6. Les défauts dans les structures
6.1 Défauts ponctuels
6.2 Remarque importante
6.3 Les joints de grains
6.4 Les dislocations
6.5 Conséquences
7. Alliages
7.1 Alliages de substitution
7.2 Alliages d’insertion
8. Structures non idéales
8.1 Croissance pentagonale
8.2 Empilement aléatoire
8.3 Polytypisme
9. Structures non cristallines
9.1 Matériaux amorphes
9.2 Cristaux liquides
10. Applications + corrections
Application 1 : Stabilité de la structure de CsCl
Application 2 : Alliages de métaux de transition
Chapitre 3
DETEREMINATION DES STRUCTURES PAR DIFFRACTION DES RAYONS X
1. Diffraction à l’échelle macroscopique
1.1 Condition de diffraction
1.2 Application de la diffraction de la lumière visible
1.3 Qu’en est-il de la diffraction à l’échelle microscopique?
2. Etude de la diffraction cristalline
2.1 Condition de diffraction par les réseaux
2.2 Le faisceau incident
2.3 Observation de la diffraction des rayons X par un réseau
2.3.1 Méthode de Laue
2.3.2 Méthode du cristal tournant
2.3.3 Méthode des poudres
3. Formulation de Bragg
4. Formulation de von Laue
5. Equivalence des formulations de Bragg et von Laue
6. Construction d’Ewald
7. Amplitude diffusée et facteur de structure
7.1 Diffusion par une particule chargée
7.2 Diffusion par un atome
7.3 Diffusion par un cristal
7.4 Facteur de structure
8. Identification des structures par DRX
8.1 Contrôle de la qualité dans la synthèse des matériaux
8.2 Identification des différentes formes allotropiques
8.3 Diffraction des rayons X par un solide amorphe
9. Applications + corrections
Application 1 : Facteur de structure du magnésium
Application 2 : Composé intermétallique
Bibliographie
1. INTRODUCTION A LA PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Dunod-Université (3ème édition)
2. PHYSIQUE DE L’ETAT SOLIDE
Charles Kittel - Sciences Sup – Dunod (8ème edition)
3. PHYSIQUE DES SOLIDES
Neil W. Aschkroft et N. David Mermin – EDP Sciences
4. INITIATION A LA PHYSIQUE DU SOLIDE – EXERCICES COMMENTES
J. CAZAUX – Masson Editeur
LA PHYSIQUE DES MATERIAUX
Pr. A. Belayachi
Université Mohammed V – Agdal
Faculté des Sciences Rabat
Département de Physique - L.P.M
Chapitre 1
LES RESEAUX DIRECT ET RECIPROQUE
1. Le réseau direct
2. Classification des réseaux de Bravais
3. Plans réticulaires et indices de Miller
3.1 Position dans la maille
3.2 Rangée
3.3 Plans réticulaires
3.4 Indices de Miller
3.5 Exemples
4. Le réseau réciproque
4.1 Construction
4.2 Généralisation
4.3 Propriétés
Chapitre 2
LES STRUCTURES
1. Le solide cristallin
1.1 Structure cristalline
1.2 Réseau à motif
2. Caractérisation d’une structure cristalline
2.1 Description
2.2 Compacité
2.3 Coordinance
2.4 Masse volumique
2.5 Existence de sites
3. Empilements compacts
4. Structures usuelles
4.1 Structure du chlorure de césium
4.2 Structure des métaux alcalins
4.3 Structure du chlorure de sodium
4.4 Structure du diamant
4.5 Structure Blende
4.6 Structure du magnésium
4.7 Structure du graphite
4.8 Structure würtzite
5. Structures particulières
5.1 Structure Fluorine type AX2
5.2 Structure pérovskite type ABX3
5.3 Structure spinelle type ABX4
6. Alliages
6.1 Alliages de substitution
6.2 Alliages d’insertion
7. Structures non idéales
7.1 Croissance pentagonale
7.2 Empilement aléatoire
7.3 Polytypisme
7.4 Structures non cristallines
8. Les quasi- cristaux
8. Les quasi- cristaux
9.1 Définition
9.2 Les fullerènes
9.3 Les nanotubes
9.4 Applications
10. Les défauts dans les cristaux
10.1 Défauts ponctuels
10.2 Les joints de grains
10.3 Les dislocations
10.4 Conséquences
Chapitre 3
DIFFRACTION DES RAYONS X PAR LES SOLIDES
1. Etude de la diffraction cristalline
1.1 Condition de diffraction par les réseaux
1.2 Le faisceau incident
1.3 Observation de la diffraction des rayons X par un réseau
1.3.1 Méthode de Laue
1.3.2 Méthode du cristal tournant
1.3.3 Méthode des poudres
2. Formulation de Bragg de la diffraction des rayons X
3. Formulation de von Laue de la diffraction des rayons X
4. Equivalence des formulations de Bragg et von Laue
5. Construction d’Ewald
6. Amplitude diffusée et facteur de structure
6.1 Diffusion par une particule chargée
6.2 Diffusion par un atome
6.3 Diffusion par un cristal
6.4 Facteur de structure
Chapitre 4
ENERGIE DE COHESION DES SOLIDES
1 . Introduction
2. Energie de cohésion des cristaux ioniques
2.1 Energie Madelung
2.2 Evaluation de la constante de Madelung a
2.2.1 Cas d’un cristal linéaire
2.2.2 Cas d’un cristal bidimensionnel
2.2.3 Cas d’un cristal tridimensionnel
2.3 Evaluation de r
3. Energie de cohésion des cristaux moléculaires
3.1 Energie potentielle d’interaction dans les cristaux de gaz neutres
3.1.1 Moment dipolaire induit
3.1.2 Interaction entre deux moments dipolaires
3.1.3 Interaction répulsive
3.1.4 Interaction totale
3.2 Paramètres du réseau à l’équilibre
4. Energie de cohésion des cristaux covalents et des métaux
5. Cristaux à liaison hydrogène
6. Rayons atomiques et ioniques
6.1 Rayon atomique
6.2 Rayon ionique
6.3 Rayon covalent
6.4 Rayon de Van der Waals
Chapitre 5
PHONONS ET VIBRATIONS DES RESEAUX
1. Défaut du modèle du réseau statique
2. Approximation du cristal harmonique
3. Théorie classique du cristal harmonique
3.1 Vibrations d’une chaîne monoatomique
3.2 Relation de dispersion
4. Vibrations d’une chaîne diatomique
5. Chaleur spécifique du réseau et loi de Dulong- Petit
6. Quantification des vibrations du réseau
6.1 Retour sur la quantification de l’interaction rayonnement matière
6.2 Le phonon
6.3 Confirmations expérimentales de l’existence des phonons
6.4 Diffusion inélastique d’un photon par un phonon
Chapitre 6
THEORIE DE DRUDE POUR LES METAUX
1 . Notion de classification
1.1 Symétrie cristalline et propriétés physiques
1.2 Liaison cristalline et propriétés physiques
1.3 Conductivité électrique des matériaux
2. Matériaux conducteurs
3. Modèle de Drude pour les métaux
3.1 Bases théoriques du modèle de Drude pour les métaux
3.2 Calcul de la conductivité électrique des métaux dans le modèle de Drude
3.3 Comparaison avec les résultats expérimentaux
3.4 Chaleur spécifique des métaux
3.5 Conductivité thermique et loi de Wiedemann-Franz
3.6. Conclusion
Chapitre 7
MATERIAUX SEMICONDUCTEURS ET SUPRACONDUCTEURS
1. Approche qualitative de la notion de bandes d’énergie dans les solides
2. Propriétés électriques des semi- conducteurs
2.1 Matériaux semi-conducteurs
2.1.1 Eléments de la colonne IV
2.1.2 Les cristaux III-V
2.1.3 Les cristaux II-VI
2.1.4 Les oxydes métalliques
2.1.5 Autres matériaux semiconducteurs
2.2 Dopage d’un semiconduteur
2.3 Conductivité électrique dans un semiconducteur
3. Supraconductivité
3.1 Mise en évidence expérimentale
3.2 Effet Meissner
3.3 Matériaux supraconducteurs
exercices corrigés physique des matériaux I smp s5
المصدر