Fodeke Emmanuel Adetola
Mechanical behaviour of 2D materials on strained substrates: experimental investigation on MoS₂
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École doctorale :
UFR ou institut :
Résumé
Français
Étude expérimentale du comportement mécanique de matériaux 2D sur substrats sous contrainte : cas du MoS₂
Le but de cette thèse est d'étudier la réponse mécanique des films ultra-minces de MoS₂ à la contrainte de compression et de déterminer si la théorie de flambage des films minces peut s’appliquer aux matériaux 2D. Les films minces de MoS₂ sont transférés de leurs substrats de croissance au substrat de polyéther-éther-cétone dans l'eau à l'aide d'un processus d'ultrasonication où aucun revêtement sacrificiel n'est utilisé. Les échantillons sont déformés en imposant une déformation uni-axiale sur les substrats. La réponse concomitante du film sous la forme de rides droites a été observée et caractérisée par microscope à force atomique in-situ. La propagation et l'interaction des rides observées sont en accord avec les rides de films minces métalliques sous compression. Le module d’Young du film contraint a été déterminé en tirant parti des dépressions observées sur les bords des rides. L'évolution du cloquage est étudiée dans le cadre des équations de Föppl–von Kármán modifiés où l'influence de l'élasticité du substrat est prise en compte. Une comparaison des résultats expérimentaux avec le modèle Föppl–von Kármán révèle une augmentation de la déflexion maximale de la structure de cloquage des films contraints. La différence a été reliée au déplacement du film par rapport au substrat qui est imposé par le glissement et le cisaillement à la frontière entre la partie plane du film et la ride. Ce déplacement augmente à mesure que la compression appliquée sur le substrat augmente. et a également été lié à la réduction progressive de l'efficacité du transfert de contrainte du substrat au film dans sa partie plane. La contrainte de flambage critique élevée observée qui est liée à l'adhérence du film au substrat est discutée. Enfin, l'énergie d'adhésion du système film/substrat est déterminée à partir des paramètres de morphologiques des cloquages.
Mots-clés libres : Cloquage, Délaminage, Couches Minces, Microscopie à Force Atomique, Élasticité, MoS2, TMDCs.
- Couches minces
- Flambage (mécanique)
- Élasticité
- Microscopie à force atomique
- Matériaux 2D
- Bisulfure de molybdène
English
Mechanical behaviour of 2D materials on strained substrates: experimental investigation on MoS₂
The purpose of this thesis is to investigate the mechanical response of ultrathin MoS₂ films to compressive strain and determine if the buckling theory of thin plates can be extended to extremely thin 2D materials. MoS₂ thin films are transferred from their growth substrates to polyether-ether-ketone substrate through a homemade technique where no sacrificial coating is used. Samples are deformed by imposing uniaxial strain on the substrates. The concomitant response of the film in the form of straight-sided buckles has been observed and characterised by in-situ atomic force microscope. Propagation and interaction of the straight-sided buckles are compared and found to be in good agreement with straight-sided buckles of thin metallic plates under compression. The Young’s modulus of the strained film has been determined by taking advantage of depressions observed at the edges of the buckles. The evolution of the buckles is studied in the frame-work of modified Föppl–von Kármán equations where the influence of substrate elasticity is considered. A comparison of experimental results with the theoretical model reveals an increase in maximum deflection of the buckling structures. The difference has been linked to the displacement of the film with respect to the substrate which is imposed by the sliding and shearing at the boundary of the flat film that pushes on the buckle. This displacement increases as the applied compression on the substrate increases and has also been linked to the gradual reduction of strain transfer efficiency from the substrate to the film. The observed high critical buckling strain which is linked to the adhesion of the film to the substrate is discussed. Finally, the adhesion energy of the film/substrate system is determined from the morphological buckle parameters.
Keywords : Buckling, Delamination, Thin Films, Atomic Force Microscopy, Elasticity, MoS2, TMDCs.
Notice
- Diplôme :
- Doctorat d'Université
- Établissement de soutenance :
- Université de Poitiers
- UFR, institut ou école :
- UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
- Laboratoire :
- Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
- Domaine de recherche :
- Milieux denses et matériaux
- Directeur(s) de thèse :
- Christophe Coupeau , Loranne Vernisse
- Date de soutenance :
- 09 juin 2023
- Président du jury :
- Boniface Kokoh
- Rapporteurs :
- Guillaume Parry, Philippe Leclère
- Membres du jury :
- Arnaud Claudel
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