Electrodéposition de couches minces bismuth-manganèse en milieux eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents) pour l'élaboration de la phase magnétique LTP-BiMn - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Electrodeposition of bismuth-manganese thin films in Deep Eutectic Solvents for the elaboration of the magnetic phase LTP-BiMn

Electrodéposition de couches minces bismuth-manganèse en milieux eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents) pour l'élaboration de la phase magnétique LTP-BiMn

Youcef Karar
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1184907
  • IdRef : 263968227

Résumé

Due to the economic crisis regarding rare earth elements, the synthesis of rare earth-free permanent magnets has attracted great interest from the scientific community. Manganese-based hard intermetallic magnetic phases such as BiMn are promising candidates. This thesis focused on the electrochemical elaboration of the low temperature BiMn phase (LTP-BiMn) using called “Deep Eutectic Solvents (DES)’ as electrolytes. The latter have physicochemical properties close to those of ionic liquids and have the advantage of being inexpensive and environmentally friendly.First, bismuth and manganese were studied separately in order to understand their electrochemical behavior. Bismuth was studied in reline which is a mixture of choline chloride and urea with a molar ratio of 0.5 which proved to be a good environment to obtain high quality bismuth deposits. As for manganese, the deposits obtained in the reline were not adherent, in addition to a low faradic yield. Therefore, another DES was used (ethaline) where urea was replaced by ethylene glycol. In this case, the quality of the manganese thin films was significantly improved since ethaline has a higher conductivity and a lower viscosity than reline.Secondly, Bi-Mn codeposits were prepared in ethaline using different precursor salts as sources of Bi(III) and Mn(II) ions. It was found that the equimolar composition for the alloy was only approached for the bath with bismuth nitrate and manganese sulfate. The low temperature phase is formed by a peritectic reaction mechanism above 262 °C, therefore the thin films were annealed under secondary vacuum at 300 °C in order to induce interdiffusion between the two elements. Magnetic measurements revealed the presence of a ferromagnetic signal with a coercivity of 4.1 kOe confirming the presence of magnetic grains and thus the formation of the BiMn alloy. This is demonstrated by X-ray diffraction which revealed the presence of low intensity peaks related to the reticular planes (00l) of the compact hexagonal BiMn phase but also more intense peaks attributed to pure bismuth, sign that interdiffusion is taking place but is incomplete.
En raison de la crise économique concernant les éléments de terres rares, la synthèse d'aimants permanents exempts de ces derniers a suscité un grand intérêt auprès de la communauté scientifique. Les phases magnétiques dures intermétalliques à base de manganèse comme BiMn sont des candidats prometteurs. Cette thèse a porté sur l’élaboration électrochimique de la phase basse température BiMn (LTP-BiMn) en utilisant des solvants dits ‘eutectiques profonds’ (DES : Deep Eutectic Solvents) comme électrolytes. Ces derniers ont des propriétés physico-chimiques proches de celles des liquides ioniques et ont l’avantage d’être peu coûteux et respectueux de l’environnement.Dans un premier temps, les éléments bismuth et manganèse ont été étudiés séparément en vue de comprendre leur comportement électrochimique. Le bismuth a été étudié dans la reline qui est un mélange chlorure de choline/urée avec un rapport molaire de 0.5 qui s’est avéré être un bon environnement pour obtenir des dépôts de bismuth de haute qualité. Quant au manganèse, les dépôts obtenus dans la reline n’étaient pas adhèrents et présentent un faible rendement faradique. Par conséquent, un autre DES a été utilisé (l’éthaline) dans lequel l’éthylène glycol remplace l’urée. Dans ce cas, la qualité des couches minces de manganèse a été nettement améliorée ; l’éthaline possède une conductivité plus élevée et une viscosité moins importante que la reline.Dans un second temps, des co-dépôts Bi-Mn ont été réalisés dans l’éthaline en utilisant différents sels précurseurs comme sources d’ions Bi(III) et Mn(II). Il s’est avéré que la composition équimolaire pour l’alliage n’a été approchée que pour le bain avec le nitrate de bismuth et le sulfate de manganèse. La phase basse température se formant selon un mécanisme d’une réaction péritectique au-dessus de 262 °C, un recuit des couches minces a été réalisé sous vide secondaire à 300 °C en vue de provoquer l’interdiffusion entre les deux éléments. Les mesures magnétiques ont révélé la présence d’un signal ferromagnetique avec une coercivité de 4.1 kOe confirmant la présence de grains magnétiques et donc la formation l’alliage BiMn. Ceci est démontré par la diffraction des rayons X qui a révélé la présence de pics de faible intensité relatifs aux plans réticulaires (00l) de la phase hexagonale compacte BiMn mais aussi des pics plus intenses attribués au bismuth, signe que l’interdiffusion à bien eu lieu mais est incomplète.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03847724 , version 1 (10-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03847724 , version 1

Citer

Youcef Karar. Electrodéposition de couches minces bismuth-manganèse en milieux eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents) pour l'élaboration de la phase magnétique LTP-BiMn. Chimie organique. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2022. Français. ⟨NNT : 2022GRALI045⟩. ⟨tel-03847724⟩
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