Ph.D defense of Mathilde Prudent"Fonctionnalisation de couches minces de verres métalliques par irradiation laser femtoseconde"

"Fonctionnalisation de couches minces de verres métalliques par irradiation laser femtoseconde"

(French version below)

ABSTRACT

This research focuses on the surface functionalization of Zr- and Cu-based thin film metallic glasses by femtosecond laser pulses. This functionalization can be classified into two sub-categories: the creation of topographical modifications and the generation of structural and chemical changes. To achieve this objective, different irradiation systems and a range of parameters were tested. The irradiation results are oriented around two axes, namely, irradiations in the nanostructuration fluence regime and those in the ablative regime. In the non-ablative regime, we revealed the possibility to generate a high concentration of nanowells on the surface of the irradiated material. The strength of our results is that the whole process and the control of the characteristics of these nanowells can be monitored: from the formation of thin films with the appropriate morphology, to their irradiation. A temporal pulse shaping allowed for the creation of a multiscale surface structure made of nanowells and HSFL. The ablative irradiation regimes revealed more pronounced structures such as LSFL. However, they mainly highlighted the occurrence of chemical phenomena in the irradiated material, including chemical species segregation and preferential oxidation. These research results open up new application perspectives combining the focus domains of both metallic glasses and laser texturing. Our laser-textured thin film metallic glasses may exhibit advanced mechanical properties, controlled wettability, antibacterial behaviour, or they may also store active liquids.

COMMITTEE

• Mme Inka MANEK-HÖNNINGER, Université de Bordeaux, Rapporteur
• M. Nadjib SEMMAR, Université d’Orléans, Rapporteur
• M. Jean-François PIERSON, Université de Lorraine, Examinateur
• Mme Florence GARRELIE, Université Jean-Monnet, Examinatrice
• M. Philippe STEYER, MATEIS, INSA Lyon, Examinateur
• M. Christophe PUPIER, IREIS, HEF Group, Examinateur
• M. Jean-Philippe COLOMBIER, Université Jean Monnet, Directeur de thèse
• M. Florent BOURQUARD, Université Jean Monnet, Co-directeur de thèse

The defense will be done in French

RESUME

Ces travaux de thèse s’axent autour de la fonctionnalisation de surface, par laser femtoseconde, de films minces de verres métalliques, principalement à base de zirconium et de cuivre. Cette fonctionnalisation se décompose en deux sous-catégories : la création de modifications topographiques et la génération de modifications structurales et chimiques. Pour ce faire, différents dispositifs d’irradiation et une large gamme de paramètres ont été testés. Les résultats d’irradiations s’orientent autour de deux pôles, à savoir, les irradiations en régime de fluences de nanostructuration et d’ablation. En régime peu ablatif, nous avons révélé la possibilité de générer une forte concentration de nanopuits en surface du matériau irradié. Le point fort des résultats est que l’ensemble du procédé et des caractéristiques de ces nanopuits peuvent être maîtrisés : de la formation des films minces avec la morphologie adéquate, à leur irradiation. Une mise en forme temporelle d’impulsion a permis de créer une double structuration constituée de nanopuits et de HSFL. Les régimes ablatifs d’irradiation ont révélé des structures plus marquées comme des LSFL. Cependant, ils ont surtout mis en lumière des phénomènes chimiques de ségrégation d’espèces et d’oxydation préférentielle se produisant dans le matériau irradié. Ces résultats de recherche ouvrent des perspectives applicatives combinant les domaines de prédilection des verres métalliques à ceux des texturations laser. Nos couches minces de verre métallique texturées par laser pourront présenter des propriétés mécaniques accrues, une mouillabilité contrôlée, un comportement antibactérien, ou seront également aptes à stocker des liquides actifs.