Author: "Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M)" / Topic: materials science - Searchworks@Jio Institute Digital Library Search Results

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1. Laser Beam Direct Energy Deposition of graded austenitic-to-martensitic steel junctions compared to dissimilar Electron Beam welding

Author: Flore Villaret, Yann Decarlan, Pascal Aubry, X. Boulnat, Satoshi Ohtsuka, Yasuhide Yano, Damien Fabrègue, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon, laboratoire d'ingénierie des surfaces et lasers (LISL), Service d'études analytiques et de réactivité des surfaces (SEARS), Département de Physico-Chimie (DPC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Physico-Chimie (DPC), Japan Atomic Energy Agency [Ibaraki] (JAEA), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: Heat-affected zone, Materials science, Additive manufacturing, Gradient material, Mechanical properties, 02 engineering and technology, Welding, 01 natural sciences, law.invention, law, 316L, 0103 physical sciences, Electron beam welding, Deposition (phase transition), General Materials Science, Tempering, Composite material, 010302 applied physics, Austenite, Mechanical Engineering, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Fe–9Cr–1Mo, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Microstructure, Mechanics of Materials, Martensite, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; This article presents the Direct Metal Deposition (DMD) process as a method to build a graded austenitic-to-martensitic steel. Builds are obtained by varying the ratio of the two powders upon DMD processing. Samples with gradual transitions were successfully obtained thanks to the use of a high dilution rate from a layer to another. Long austenitic grains are observed on 316L side when martensitic grains are observed on Fe-9Cr-1Mo side. In the transition zone, the microstructure is mainly martensitic.Characterizations were performed after building and after a tempering heat treatment at 630°C during 8h and compared to dissimilar Electron Beam welds. Before heat treatment, DMD graded area has high hardness values (around 430 HV) due to fresh martensite formed during building. Tempering heat treatment allows reducing hardness in this area to 300 HV. EDS measurements indicate that the chemical gradient between 316L and Fe-9Cr-1Mo obtained by DMD is smoother than the chemical change obtained in Electron Beam (EB) welds. Microstructures in DMD are quite different from those obtained by EB welding. Hardness measurements in DMD samples and in welds exhibit similar behaviours: the weld metal and the Fe-9Cr-1Mo heat affected zone are relatively hard after welding because of fresh martensite, such as the DMD transition zone. These areas are all softened by the tempering heat treatment.
Published: 2021
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2. Modelling of delta ferrite to austenite phase transformation kinetics in martensitic steels: application to rapid cooling in additive manufacturing

Author: Yann de Carlan, Flore Villaret, Pascal Aubry, Damien Fabrègue, X. Boulnat, Julien Zollinger, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), laboratoire d'ingénierie des surfaces et lasers (LISL), Service d'études analytiques et de réactivité des surfaces (SEARS), Département de Physico-Chimie (DPC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Physico-Chimie (DPC), Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, 0211 other engineering and technologies, Scatter Diffraction (EBSD), Thermodynamics, 02 engineering and technology, Powder metallurgy, Phase (matter), Ferrite (iron), 0502 economics and business, General Materials Science, Martensite, 050207 economics, Diffusion (business), 021102 mining & metallurgy, Austenite, Quenching, 050208 finance, 05 social sciences, Metal additive manufacturing, Electron Back, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Phase transformation kinetics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, Steel, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; In this paper, the high temperature transformation kinetics of delta ferrite to austenite (δ → γ) phase transformation is modeled by thermodynamic and diffusion calculations. It appears that, in martensitic steels, the δ → γ transformation is very fast (a few nanoseconds) as soon as the first austenite nuclei appears. Classically the austenitic phase will thus systematically be observed in the material during conventional elaboration processes. However, in powder metallurgy and additive manufacturing, it is possible to obtain sufficiently high quenching rates (up to 106 °C/s) so that the γ phase does not have time to appear. The calculations presented here allow to rationalize the understanding of the microstructures of powders and different additive manufacturing materials. They enable to understand why ferrite or martensite is sometimes obtained in the final microstructure. From the calculations made, an original CCT (Continuous Cooling Transformations) diagram starting from the δ phase is proposed. It allows to set up a strategy of grade design or process definition according to the final microstructure targeted.
Published: 2021
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3. Impact of materials technology on the breeding blanket design Recent progress and case studies in materials technology

Author: Heiko Neuberger, Michael Rieth, Bradut-Eugen Ghidersa, Jörg Rey, E. Simondon, Michael Dürrschnabel, Giacomo Aiello, Simon Bonk, N. De Wispelaere, Christian Zeile, Y. de Carlan, J. Henry, Jan Hoffmann, Gerald Pintsuk, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, and European Project: 633053,H2020,EURATOM-Adhoc-2014-20,EUROfusion(2014)
Subjects: Heat-affected zone, Technology, Materials science, Nuclear engineering, chemistry.chemical_element, Mockup, Blanket, 7. Clean energy, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Engineering, Operating temperature, 0103 physical sciences, General Materials Science, ddc:530, Blanket first wall, 010306 general physics, Embrittlement, Helium, Civil and Structural Engineering, High heat flux test, Structural material, Mechanical Engineering, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Materials technology, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Creep, Heat flux, Helium cooling loop, ddc:600
Abstract: A major part in the EUROfusion materials research program is dedicated to characterize and quantify nuclear fusion specific neutron damage in structural materials. While the majority of irradiation data gives a relatively clear view on the displacement damage, the effect of transmutation – i.e. especially hydrogen and helium production in steels – is not yet explored very well. However, few available results indicate that EUROFER-type steels will reach their operating limit as soon as the formation of helium bubbles reaches a critical amount or size. At that point, the material would fail due to embrittlement at the considered load. This paper presents a strategy for the mitigation of the before-mentioned problem using the following facts: • the neutron dose and related transmutation rate decreases quickly inside the first wall, that is, only a plasma-near area is extremely loaded • nanostructured oxide dispersion strengthened (ODS) steels may have an enormous trapping effect on helium and hydrogen, which would suppress the formation of large helium bubbles • compared to conventional steels, ODS steels show improved irradiation tensile ductility and creep strength In summary, producing the plasma facing, highly neutron and heat loaded part of blankets by an ODS steel, while using EUROFER97 for everything else, would allow a higher heat flux as well as a longer operating period. Consequently, we (1) developed and produced 14 % Cr ferritic ODS steel plates. (2) We fabricated a mockup with 5 cooling channels and a plated first wall of ODS steel, using the same production processes as for a real component. And finally, (3) we performed high heat flux tests in the HELOKA facility (Helium Loop Karlsruhe at KIT) applying short and up to 2 h long pulses, in which the operating temperature limit for EUROFER97 (i.e., 550 °C) was finally exceeded by 100 K. Thereafter, microstructure and defect analyses did not reveal defects or recognizable damage. Only a heat affected zone in the EUROFER/ODS steel interface could be detected. This demonstrates that the use of ODS steel could make a decisive difference in the future design and performance of breeding blankets.
Published: 2021
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4. Influence of microstructural parameters on the mechanical properties of oxide dispersion strengthened Fe-14Cr steels

Author: F. De Geuser, Alexis Deschamps, M. Dadé, F. Barcelo, J. Malaplate, P. Wident, J. Garnier, Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Probabilités et Modèles Aléatoires (LPMA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMaP ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), and Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Polymers and Plastics, Metallurgy, Metals and Alloys, Oxide, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, Grain size, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry.chemical_compound, Precipitation hardening, chemistry, Creep, Hot isostatic pressing, 0103 physical sciences, Volume fraction, Ultimate tensile strength, Ceramics and Composites, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: The effect of microstructural parameters on the microstructure, tensile properties from room temperature to 800 °C and creep properties at 650 °C has been investigated in a 14%Cr oxide dispersion strengthened (ODS) steel. Combining a control of oxide addition, consolidation route and thermo-mechanical processing, the different parameters of the microstructure have been varied systematically, namely the size and volume fraction of oxide nano-precipitates, the grain size and the dislocation density. The volume fraction of nano-precipitates is shown to influence the tensile strength throughout the temperature range, whereas a change in precipitate size influences only the low temperature behavior. The effect of grain size is shown to be similar to that of precipitation strengthening. A recrystallized microstructure is shown to improve the ductility of the ODS steel while not degrading the strength or creep resistance. The material processed by hot extrusion presents improved strength and reduced creep rate as compared to that consolidated by hot isostatic pressing. This difference is attributed to the long-range internal stress resulting from the high dislocation density, stabilized by the oxide nano-precipitates. A strength model is presented, and validated on every material using the quantitative microstructural parameters obtained by combination of electron back-scattered diffraction, transmission electron microscopy and small-angle X-ray scattering.
Published: 2017
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5. Corrigendum to 'Helium apparent diffusion coefficient and trapping mechanisms in implanted B4C boron carbide' [J. Nucl. Mater. 517 (2019) 165–174]

Author: Aurélien Jankowiak, Thierry Sauvage, Dominique Gosset, Nicolas Lochet, Hélène Lecoq, Vianney Motte, Nathalie Moncoffre, Nicolas Pradeilles, Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IRCER - Axe 4 : céramiques sous contraintes environnementales (IRCER-AXE4), Institut de Recherche sur les CERamiques (IRCER), Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Boron carbide, Trapping, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, 0103 physical sciences, Effective diffusion coefficient, General Materials Science, 0210 nano-technology, Helium, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2019
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6. Mechanical and microstructural analysis of an EM10 wrapper tube after neutron irradiation in Phénix

Author: Jean Henry, O. Tissot, B. Verhaeghe, P. Gavoille, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service d'Etudes des Matériaux Irradiés (SEMI), and Laboratoire de Microscopie et d'Etudes de l'Endommagement (LM2E)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Mechanical tests, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, 0103 physical sciences, Ultimate tensile strength, General Materials Science, Irradiation, Composite material, Radiation resistance, Neutron irradiation, EM10, Hexagonal duct, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Atmospheric temperature range, Microstructural characterization, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, Neutron temperature, Nuclear Energy and Engineering, Martensite, Ferritic/Martensitic, Dislocation, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; The 9Cr-1Mo tempered martensitic steel was irradiated with fast neutrons in the French Phénix reactor. Mechanical tests, density measurement as well as microstructural investigations were carried out following irradiation up to 155 dpa in the temperature range 386°C – 525°C. Tensile, elongation and impact properties were only slightly modified by irradiation. Microstructural investigations revealed the presence of cavities, however the resulting swelling was low (0.1%). In most cases, the dislocation microstructure was arranged in a network. Nevertheless, some large loops were observed after irradiation at 398°C to 112 dpa. Overall, the EM10 steel showed excellent radiation resistance, which confirmed that this steel is an attractive wrapper candidate material for future sodium-cooled GENIV fast reactors.
Published: 2021
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7. Influence of chemical composition on the microstructure and phase transformations of Fe-14Cr ferritic steels

Author: T. Guilbert, J. Malaplate, Caroline Toffolon-Masclet, M. Dadé, Jean-Christophe Brachet, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Metallurgy, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, Grain size, chemistry, Hot isostatic pressing, Chemical heterogeneities, Ferrite (iron), Martensite, 0103 physical sciences, Volume fraction, General Materials Science, 0210 nano-technology, Chemical composition, Partitioning, Titanium, ODS ferritic steel
Abstract: International audience; The effect of strengthened elements (Y2O3 and TiO2) on the microstructure has been investigated in Fe-14Cr-1W based ferritic steels. Titanium content and/or volume fraction of yttria range between ~ 0 up to 0.3 wt%.The volume fraction of nanoparticles is shown to control the grain size whereas titanium content has a significant influence on the chemical homogeneity. Martensite phase was obtained on a Fe-14Cr-1W based ferritic steel after consolidation by Hot Isostatic Pressing because of a higher content of carbon. A relationship between martensite phase and chemical heterogeneities was evidenced showing a chemical partitioning phenomenon. This phenomenon was also observed on ODS ferritic steels containing a low content of titanium (≤0.05 wt%) however microstructural parameters, such as size and volume fraction of nano-precipitates and grain size, are shown to delay the formation of martensite during cooling by decreasing the value of critical cooling rate.Thermodynamic calculations indicate that the minimal titanium content to get a microstructure with 100% of ferrite is about 0.09 wt%.
Published: 2019
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8. Combined effect of injected interstitials and He implantation, and cavities inside dislocation loops in high purity Fe-Cr alloys

Author: A. Barbu, Jean Henry, Frederic Leprêtre, Arunodaya Bhattacharya, B. Décamps, E. Meslin, CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Oak Ridge National Laboratory [Oak Ridge] (ORNL), UT-Battelle, LLC, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Lab JANNUS, European Project: 070551,WT::(2003), and CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Void (astronomy), Materials science, void swelling, Nucleation, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Molecular physics, Focused ion beam, 010305 fluids & plasmas, 0103 physical sciences, transmission electron microscopy (TEM), General Materials Science, Irradiation, [PHYS]Physics [physics], ion irradiation, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, Nuclear Energy and Engineering, Transmission electron microscopy, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Grain boundary, chromium, Dislocation, 0210 nano-technology, Fe-Cr alloys
Abstract: International audience; High purity Fe-Cr alloys with Cr content ranging from 3 to 14 wt% were irradiated by self-ions at 500 °C in dual-beam mode up to 157 displacements per atom (dpa), 17 appm He/dpa. Transmission electron microscopy (TEM) on focused ion beam foils revealed the depth distribution of irradiation induced cavities and dislocation loops. A detailed quantitative analysis of cavity microstructure was performed on Fe14%Cr, while Fe(3, 5, 10, 12)%Cr were analysed qualitatively. A homogeneous distribution of small cavities were observed up to the damage peak. From surface to the damage peak, cavity number density increased almost linearly. The cavity microstructure changed drastically at and after the damage peak, where the size increased and number density decreased. Most notably, the microstructure consisted of a striking mixture of heterogeneously nucleated cavities inside dislocation loops and freely nucleated cavities in the matrix. Further, the depth-dependent void swelling increased continuously along the damage depth. This contrasts with most ion irradiation results where suppression of void swelling occurs adjacent to the damage peak due the injected interstitial effect. We hypothesize a plausible mechanism of the observed swelling variation based on a combined effect of the injected interstitials and helium implantation near the damage peak by comparing the results with those in pure iron irradiated under same conditions. This synergistic effect may develop cavity microstructures which do not necessarily reflect microstructures expected due to injected interstitial effect and can be easily wrongly interpreted. The depth dependent dislocation loop microstructure was studied qualitatively in Fe14%Cr sample. Up to the damage peak, a complex dense network of dislocations formed due to the interaction/impingement of the dislocation loops. Individually resolvable loops were only observed after the damage peak, where their association with cavities was noted. Helium also induced heterogeneous cavity nucleation on dislocations constituting a grain boundary and on pre-existing dislocation lines.
Published: 2019
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9. Continuum approaches for modeling radiation-induced self-organization in materials: From the rate theory to the phase field approach

Author: J. Ribis, David Simeone, Laurence Luneville, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), and Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Self-organization, [PHYS]Physics [physics], Phase transition, Materials science, Thermodynamic equilibrium, Mechanical Engineering, Pattern formation, Metamaterial, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Mean field theory, Mechanics of Materials, 0103 physical sciences, Dissipative system, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], General Materials Science, Statistical physics, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, 0210 nano-technology, Turing, computer, computer.programming_language
Abstract: International audience; Microstructural patterns resulting from self-organization are responsible for phase transitions and property changes in many materials maintained far from the thermodynamic equilibrium. Understanding the origin and the selection of possible spatiotemporal patterns for dissipative systems, i.e., systems for which the energy is not conserved, is a major theme of research opening doors to many technological applications ranging from plasmonics to metamaterials. Almost forty years after Turing’s seminal paper on patterning, progress on modeling instabilities leading to pattern formation has been achieved. The first part of this work demonstrates that main field approaches succeeded in capturing the underlying physics responsible for the formation of radiation-induced spatiotemporal patterns experimentally observed. The second part of the text highlights the interest of the phase field method, a self-consistent mean field approach, to discuss the evolution of these patterns in a universal picture neglecting specific aspects of radiation-induced dynamics.
Published: 2018
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10. Dramatic reduction of void swelling by helium in ion-irradiated high purity α-iron

Author: B. Décamps, E. Meslin, Jean Henry, A. Barbu, Arunodaya Bhattacharya, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Subjects: inorganic chemicals, Void (astronomy), Materials science, Hydrogen, genetic structures, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Helium, Ion, swelling, iron, 0103 physical sciences, transmission electron microscopy (TEM), medicine, lcsh:TA401-492, General Materials Science, Irradiation, 010306 general physics, cavity nucleation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [PHYS]Physics [physics], respiratory system, 021001 nanoscience & nanotechnology, Crystallographic defect, Charged particle, respiratory tract diseases, chemistry, lcsh:Materials of engineering and construction. Mechanics of materials, Swelling, medicine.symptom, 0210 nano-technology, circulatory and respiratory physiology
Abstract: Effect of helium on void swelling was studied in high-purity α-iron, irradiated using energetic self-ions to 157 displacements per atom (dpa) at 773 K, with and without helium co-implantation up to 17 atomic parts-per-million (appm) He/dpa. Helium is known to enhance cavity formation in metals in irradiation environments, leading to early void swelling onset. In this study, microstructure characterization by transmission electron microscopy revealed compelling evidence of dramatic swelling reduction by helium co-implantation, achieved primarily by cavity size reduction. A comprehensive understanding of helium induced cavity microstructure development is discussed using sink strength ratios of dislocations and cavities. IMPACT STATEMENT Reduction of void swelling by helium co-implantation is reported, highlighting that it’s not always true that swelling will be higher in metals when helium is present along with irradiation damage.
Published: 2018
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11. Effect of composite electrode thickness on the electrochemical performances of all-solid-state li-ion batteries

Author: Agnieszka Kubanska, Laurent Castro, Renaud Bouchet, Mickaël Dollé, Laurence Tortet, Matériaux divisés, interfaces, réactivité, électrochimie (MADIREL), Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Toyota Motor Europe (BELGIUM), Toyota Motor Europe, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces (LEPMI ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Subjects: Materials science, Composite number, Spark plasma sintering, 02 engineering and technology, Electrolyte, Overpotential, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Materials Chemistry, Ionic conductivity, [CHIM]Chemical Sciences, Ceramic, Electrical and Electronic Engineering, Composite material, Polarization (electrochemistry), ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Mechanics of Materials, visual_art, Electrode, Ceramics and Composites, visual_art.visual_art_medium, 0210 nano-technology
Abstract: Several ceramic half-cells with differing electrode composite thicknesses but identical formulations were assembled using the spark plasma sintering (SPS) technique, in order to conduct comparable investigations of their kinetic limitations. The SPS technique was used to assemble the composite electrode and the electrolyte together within a few minutes. NASICON-type Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (LAGP) ceramic was used as solid electrolyte, as it offers high ionic conductivity (3 × 10−4 S.cm−1 at 25 °C) with a Li+ transport number of 1. LiFePO4 active material was used as a model material; it offers an average flat potential of 3.45 V vs Li+/Li and a reasonably high theoretical capacity of 170 mAh.g−1. Surface capacity values (from 0.8 to 3.5 mAh.cm−2), which are proportional to electrode thickness, remained quite close to the initial values after more than 20 cycles, even for a 325 μm thick electrode (3.5 mAh.cm−2). The overpotential in the flat plateau region was proportional to the current density used, which means that it was dependent only on the cell’s ohmic drop. Performances were not limited by the ion transport into the solid electrolyte and composite electrode volume - as in classical Li-ion batteries - since the transport number of LAGP is one. Therefore, very thick electrode-enabling batteries with high-surface capacity can be considered.
Published: 2017
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12. FTIR study of silicon carbide amorphization by heavy ion irradiations

Author: Jean-Marc Costantini, Olivier Pluchery, Sandrine Miro, Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Physico-chimie et dynamique des surfaces (INSP-E6), Institut des Nanosciences de Paris (INSP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Acoustics and Ultrasonics, Absorption spectroscopy, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Epitaxy, 01 natural sciences, symbols.namesake, chemistry.chemical_compound, 0103 physical sciences, Silicon carbide, Irradiation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Rutherford backscattering spectrometry, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Silicon nitride, chemistry, symbols, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology, Raman spectroscopy
Abstract: We have measured at room temperature (RT) the Fourier-transform infra-red (FTIR) absorption spectra of ion-irradiated thin epitaxial films of cubic silicon carbide (3C–SiC) with 1.1 µm thickness on a 500 µm thick (1 0 0) silicon wafer substrate. Irradiations were carried out at RT with 2.3 MeV 28Si+ ions and 3.0 MeV 84Kr+ ions for various fluences in order to induce amorphization of the SiC film. Ion projected ranges were adjusted to be slightly larger than the film thickness so that the whole SiC layers were homogeneously damaged. FTIR spectra of virgin and irradiated samples were recorded for various incidence angles from normal incidence to Brewster's angle. We show that the amorphization process in ion-irradiated 3C–SiC films can be monitored non-destructively by FTIR absorption spectroscopy without any major interference of the substrate. The compared evolutions of TO and LO peaks upon ion irradiation yield valuable information on the damage process. Complementary test experiments were also performed on virgin silicon nitride (Si3N4) self-standing films for similar conditions. Asymmetrical shapes were found for TO peaks of SiC, whereas Gaussian profiles are found for LO peaks. Skewed Gaussian profiles, with a standard deviation depending on wave number, were used to fit asymmetrical peaks for both materials. A new methodology for following the amorphization process is proposed on the basis of the evolution of fitted IR absorption peak parameters with ion fluence. Results are discussed with respect to Rutherford backscattering spectrometry channeling and Raman spectroscopy analysis.
Published: 2017
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13. Mesoporous thin film WO 3 photoanode for photoelectrochemical water splitting: a sol–gel dip coating approach

Author: Dennis Friedrich, Guido Baldinozzi, Christel Laberty-Robert, Henri Strub, Stéphane Kressman, Vincent Artero, Samantha Hilliard, Matériaux Hybrides et Nanomatériaux (MHN), Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Total Energies Nouvelles, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (Helmholtz-Zentrum Berlin), and Helmholtz-Zentrum Berlin
Subjects: Photocurrent, Materials science, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, Inorganic chemistry, Oxide, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, Photoelectrochemical cell, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Tungsten trioxide, Dip-coating, 0104 chemical sciences, chemistry.chemical_compound, Fuel Technology, chemistry, Water splitting, [CHIM]Chemical Sciences, Thin film, 0210 nano-technology, Mesoporous material
Abstract: International audience; A facile and cost-efficient method to fabricate a mesoporous structured WO3 photoanode was implemented for use in a tandem dual water splitting photoelectrochemical cell. Semi-transparent thin films of tungsten trioxide were fabricated by sol-gel process, incorporating a block co-polymer to induce a template-directed mesoporous structure. These thin films are deposited by dip coating onto transparent conducting oxide substrates and crystallized at a low temperature of 400°C in air. These thin film photoanodes exhibit a photocurrent of up to 0.6 mA/cm² in potassium phosphate buffers of pH 2, 4, and 6 at 1.23 V vs. RHE under 300 mW/cm² visible (400 – 900 nm) light irradiation with a faradic efficiency of up to 75%. Furthermore, we have demonstrated that corrosion occurs in electrolytes of pH > 4. The faradic efficiencies in varying pH solutions however suggest that parasitic redox reactions occurs in acidic conditions, limiting the O2 production and demonstrating the need for stable surface co-catalysts to increase faradic efficiencies. In neutral conditions, protective layers and/or co-catalysts are needed for increasing WO3 photoanode stability.
Published: 2017
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14. Nanostructuration of Cr/Si layers induced by ion beam mixing

Author: Gianguido Baldinozzi, Laurence Luneville, Cyrile Deranlot, Ludovic Largeau, Frédéric Ott, Nathalie Moncoffre, David Simeone, Yves Serruys, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), RTRA Triangle de la physique, 2011-074T, INSTRUMAT, THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Ion beam analysis, Ion beam mixing, business.industry, Analytical chemistry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, Focused ion beam, X-ray reflectivity, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Microelectronics, Irradiation, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Reflectometry, business
Abstract: This work clearly demonstrates that the X Ray Reflectometry technique (XRR), extensively used to assess the quality of microelectronic devices can be a useful tool to study the first stages of ion beam mixing. This technique allows measuring the evolution of the Si concentration profile in irradiated Cr/Si layers. From the analysis of the XRR profiles, it clearly appears that the Si profile cannot be described by a simple error function.
Published: 2013
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15. An attempt to handle the nanopatterning of materials created under ion beam mixing

Author: David Simeone, Gilles Demange, Yanwen Zhang, Dominique Gosset, Laurence Luneville, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Materials Science and Engineering (UT Knoxville), The University of Tennessee [Knoxville], Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), RTRA Triangle de la physique, 2011-074T, INSTRUMAT, Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Materials Science and Technology Division [Oak Ridge], Oak Ridge National Laboratory [Oak Ridge] (ORNL), UT-Battelle, LLC-UT-Battelle, LLC, and Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Materials science, Ion beam analysis, Condensed matter physics, Ion beam mixing, Microstructure, 01 natural sciences, 010305 fluids & plasmas, Mean field theory, 0103 physical sciences, X-ray crystallography, Nano, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Diffusion (business), 010306 general physics, Structure factor
Abstract: In the past fifty years, experimental works based on TEM or grazing incidence X ray diffraction have clearly shown that alloys and ceramics exhibit a nano pattering under irradiation [1,2,3]. Many works were devoted to study the nano patterning induced by ion beam mixing in solids [17,18,19]. Understanding the nano patterning will provide scientific bases to tailor materials with well-defined microstructures at the nanometric scale. The slowing down of impinging particles in solids leads to a complex distribution of subcascades. Each subcascade will give rise to an athermal diffusion of atoms in the medium. In this work, we focused on this point. Based on the well-known Cahn Hilliard Cook (CHC) equation, we analytically calculate the structure factor describing the nano patterning within the mean field approximation. It has shown that this analytical structure factor mimics the structure factor extracted from direct numerical simulations of the time dependent CHC equation. It appears that this structure factor exhibits a universal feature under irradiation.
Published: 2013
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16. Structural irradiation damage and recovery in nanometric silicon carbide

Author: A. Audren, Nathalie Herlin-Boime, Yann Leconte, Lionel Thomé, D. Gosset, I. Monnet, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Francis PERRIN (LFP - URA 2453), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PCI, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), and Normandie Université (NU)
Subjects: SiC, Nanostructure, Materials science, Annealing (metallurgy), Nucleation, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Nanoceramic, Nuclear materials, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, 0103 physical sciences, Silicon carbide, Ceramic, Irradiation, Composite material, Safety, Risk, Reliability and Quality, Waste Management and Disposal, 010302 applied physics, 021001 nanoscience & nanotechnology, Grain size, Amorphisation, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Ion irradiation, 13. Climate action, visual_art, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], visual_art.visual_art_medium, Crystallite, 0210 nano-technology
Abstract: Silicon carbide is one of the candidate materials for core components of some nuclear reactor projects (Gen-IV). In order to improve their thermo-mechanical properties, materials with nanometric grain size are considered. For such materials, nearly no data concerning their behaviour under irradiation are available. In this paper, we study the damage and subsequent recovery of a nanostructured 3C–SiC ceramic. Samples were irradiated at room temperature with 4 MeV Au ions and subsequently annealed. Their structural modifications are analysed with a grazing incidence X-ray diffraction method. Results show that these nanoceramic materials present the same damage kinetics during irradiation as conventional micrometric grained SiC, with total amorphisation at the highest fluence. However, while the recrystallisation of a conventional ceramic is expected to occur through an epitaxial recrystallisation from the non-damaged parts of the large grains, the nanometric material is healed only after annealing at 1000 °C through mechanisms that can be attributed to a heterogeneous nucleation and growth of β crystallites in the totally amorphised grains.
Published: 2012
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17. Effects of electronic and nuclear interactions in SiC

Author: Isabelle Monnet, Abdenacer Benyagoub, Y. Leconte, Xavier Portier, Lionel Thomé, F. Garrido, Cécile Reynaud, A. Audren, Nathalie Herlin-Boime, D. Gosset, M. Levalois, Service des Photons, Atomes et Molécules (SPAM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire Francis PERRIN (LFP - URA 2453), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PCI, and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: PACS: 61.82.Rx, SiC, Diffraction, Nuclear and High Energy Physics, Grazing incidence X-ray diffraction, Materials science, Nanostructure, nanostructure, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Ion, Condensed Matter::Materials Science, 0103 physical sciences, Atom, Irradiation, grazing incidence X ray diffraction, Instrumentation, [PHYS]Physics [physics], 010302 applied physics, Radiation material science, irradiation, Rutherford Backscattering Spectrometry, single crystalline, 021001 nanoscience & nanotechnology, Rutherford backscattering spectrometry, Ion implantation, Chemical physics, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Atomic physics, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; In this study, we performed irradiation experiments on nanostructured 3C–SiC samples, with 95 MeV Xe ions at room temperature. This energy permits the observation of the combined electronic and nuclear interactions with matter. The grazing incidence X-ray diffraction results do not reveal a complete amorphization, despite value of displacement per atom overcoming the total amorphization threshold. This may be attributed to competing effects between nuclear and electronic energy loss in this material since a total amorphization induced by nuclear interactions was found after low energy ion irradiation (4 MeV Au). Moreover, electronic interactions created by high energy ion irradiations induce no disorder in single crystalline 6H–SiC. But in samples previously disordered by low energy ion implantation (700 keV I), the electronic interactions generate a strong defects recovery.
Published: 2009
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18. Implementation of heavy-ion elastic recoil detection analysis at JANNUS-Saclay for quantitative helium depth profiling

Author: F. Leprêtre, S. Vaubaillon, L. Beck, T. Loussouarn, Yves Serruys, Daniel Brimbal, H. Lefaix-Jeuland, P. Trocellier, E. Bordas, CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'ingénierie osteo-articulaire et dentaire (LIOAD), Université de Nantes (UN)-IFR26-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Génétique des maladies multifactorielles (GMM), Université de Lille, Droit et Santé-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre d'Etude de Saclay
Subjects: Detection limit, Nuclear and High Energy Physics, ERDA, Materials science, Ion beam, [PHYS.NUCL]Physics [physics]/Nuclear Theory [nucl-th], Iron, chemistry.chemical_element, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Helium, Ion, Elastic recoil detection, Diffusion, chemistry, Heavy ion, Irradiation, Atomic physics, Instrumentation, RBS
Abstract: International audience; Quantitative depth profiling measurements of implanted light elements is an important issue for electronics and nuclear applications. Conventional elastic recoil detection analysis (ERDA) has been improved by using heavy ions as incident particles for quantitatively profiling helium in materials.A new system has been implemented on the triple beam irradiation platform JANNUS at Saclay devoted to carry out HI-ERDA measurements. This device is dedicated to helium depth profiling using a 15 MeV 16O5+ incident ion beam. Capabilities of the technique (quantitative analysis, resolution and limit of detection) were tested on samples of known composition.For the first time, 4He depth profiles in pure α-iron, as-implanted and annealed, are obtained. HI-ERDA measurements have shown that helium release in pure α-iron can be described by a succession of two steps, the first having a slow kinetics below 700C and the second with a fast kinetics above 700C.
Published: 2015
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19. Interdiffusion processes at irradiated Cr/Si interfaces

Author: Gianguido Baldinozzi, D. Simeone, Frédéric Ott, Cyrile Deranlot, Laurence Luneville, J. Ribis, Nathalie Moncoffre, Ludovic Largeau, Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), LPN-CNRS, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France, and THALES-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Ion beam mixing, Silicon, Mechanical Engineering, Metals and Alloys, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Thermal diffusivity, 01 natural sciences, Ion, chemistry, Mechanics of Materials, Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Materials Chemistry, Wafer, [PHYS.PHYS.PHYS-CHEM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Chemical Physics [physics.chem-ph], Thin film, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Reflectometry
Abstract: International audience; Chromium silicon CrSi alloys are foreseen as possible materials for spintronic devices. Ion beam mixing could be an efficient technique to produce thin films of such alloys at room temperature while avoiding thermal diffusion. In order to assess this point, we have irradiated 20 nm Cr layer on a (1 0 0) Si wafer with 70 keV Kr ions. The X-ray reflectometry technique combined with Transmission Electron Microscopy and Energy Dispersive X-ray analysis was applied to analyze, at the nanometric scale, the formation of Cr/Si blurred interfaces induced by ion beam mixing. From the analysis of reflectivity curves, it appears that nanometric Cr 5 Si 3 and CrSi 2 phases are produced at the early stage of the process. The existence of these two paramagnetic phases gives some clues to explain the reason why the experimentally observed fer-rimagnetism was weaker than predicted.
Published: 2015
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20. Grazing incidence x-ray diffraction for the study of polycrystalline layers

Author: Dominique Gosset, Jean-François Berar, Sophie Le Caër, David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Radiolyse (LCF) (LRad), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CRG et Grands Instruments (CRG), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), RTRA Triangle de la Physique, projet 2011-074T, INSTRUMAT, CRG & Grands instruments (NEEL - CRG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Diffraction, Materials science, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 01 natural sciences, Optics, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Thin film, 010302 applied physics, Total internal reflection, Condensed matter physics, business.industry, Scattering, Metals and Alloys, Surfaces and Interfaces, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, X-ray crystallography, biological sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Crystallite, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; Different diffraction patterns measured above and below the critical angle for total reflection were recorded on a Gd doped ceria layer deposited on a Si(100) substrate in asymmetric coplanar diffraction conditions. From the analysis of diffraction patterns, it was possible to point out peculiar optical aberrations responsible for the shifts and the broadenings of Bragg peaks induced by this setup. Corrections for all these aberrations were implanted in a Rietveld programme. Using these corrections, it becomes possible to follow the evolution of the structure (chemical composition, phases) and the micro structure (strain field, micro strain due to heterogeneities between grains, size of coherent diffracting domains) versus the depth on thin films.
Published: 2013
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21. Contribution to modeling of hydrogen effect on oxygen diffusion in Zy-4 alloy during high temperature steam oxidation

Author: Clara Desgranges, Caroline Toffolon-Masclet, Benoît Mazères, Daniel Monceau, Commissariat à l'Energie Atomique et aux énergies alternatives - CEA (FRANCE), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Laboratoire d'Etude de la Corrosion Non Aqueuse (LECNA), Service de la Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement (SCCME), Département de Physico-Chimie (DPC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Physico-Chimie (DPC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université de Toulouse (UT)
Subjects: Cladding (metalworking), Work (thermodynamics), Materials science, Hydrogen, Matériaux, Alloy, Oxide, Thermodynamics, chemistry.chemical_element, Numerical simulation, engineering.material, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Inorganic Chemistry, Matrix (chemical analysis), chemistry.chemical_compound, Oxidation, Materials Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Zr, Metallurgy, Metals and Alloys, Modeling, High temperature, Micro et nanotechnologies/Microélectronique, chemistry, Zy-4, engineering, Oxygen diffusion, Limiting oxygen concentration
Abstract: International audience; Previous studies have shown that the numerical model EKINOX-Zr was able to simulate with accuracy oxide growth and oxygen diffusion into the matrix during high-temperature oxidation of Zy-4. In this study, the aim of the development was to evaluate if the observed effect of hydrogen cladding content on the increase of oxygen solubility in the high temperature βZr was only a thermodynamic effect. Previous experimental studies have shown that hydrogen induces an evolution of equilibrium oxygen concentration at the a αZr /βZr interface. The present work showed that EKINOX-Zr linked with the thermodynamic database Zircobase reproduced the evolution induced by hydrogen during the high-temperature steam oxidation. However, the results showed also that additional studies are necessary to better understand hydrogen behavior during high-temperature oxidation of Zr.
Published: 2013
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22. A preferred orientation correction to describe a fiber texture under glancing incidence

Author: Dominique Gosset, David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, and RTRA Triangle de la physique, projet 2011-074T, INSTRUMAT. C'nano Ile-de-France, projet SolNac (2009)
Subjects: Diffraction, Materials science, Scattering, business.industry, Physics::Optics, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 010403 inorganic & nuclear chemistry, 01 natural sciences, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, 0104 chemical sciences, Characterization (materials science), Optics, Perpendicular, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Texture (crystalline), Fiber, Thin film, 0210 nano-technology, business, Incidence (geometry)
Abstract: International audience; Much work is nowadays being devoted to the characterization of the structure and the microstructure of thin films and mesoporous materials. Different physical and chemical processes used to elaborate these thin films often induce a fiber texture in these materials. The X-ray glancing-incidence technique appears to be a useful tool for collecting diffraction patterns of thin films while avoiding the peaks of the substrate. However, the scattering vector in this asymmetric scattering geometry is not perpendicular to the surface of the sample. This point implies that the correction developed to model the effects of a fiber texture in Bragg-Brentano geometry, where the scattering vector is always normal to the surface of the sample, cannot be applied in glancing incidence. This work presents a procedure to correct the preferred orientation due to this fiber texture in asymmetric scattering geometry and then in glancing incidence. By an example, it is proved that this correction of the fiber texture is efficient. The main point of interest regarding this correction is that only a few parameters are needed to handle the effect of the fiber texture on the diffraction patterns collected in asymmetric scattering geometry and then under glancing incidence.
Published: 2013
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23. He and Cr effects on radiation damage formation in ion-irradiated pure iron and Fe-5.40 wt.% Cr: A transmission electron microscopy study

Author: Daniel Brimbal, Jean Henry, E. Meslin, A. Barbu, B. Décamps, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), CSNSM PCI, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Polymers and Plastics, THIN-FOILS, Iron, Alloy, DISLOCATION LOOPS, chemistry.chemical_element, POINT-DEFECT ACCUMULATION, 02 engineering and technology, engineering.material, 01 natural sciences, FE, Helium, Ion, Chromium, 0103 physical sciences, Radiation damage, Irradiation, Radiation resistance, 010302 applied physics, Radiochemistry, FERRITIC ALLOYS, Metals and Alloys, Dislocation loop, HYDROGEN, 021001 nanoscience & nanotechnology, EVOLUTION, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Transmission electron microscopy, Ion irradiation, NEUTRON-IRRADIATION, Ceramics and Composites, engineering, TEM, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], MICROSTRUCTURE, 0210 nano-technology
Abstract: The first walls of future fusion reactors will be exposed to 14 MeV neutron irradiation. In order to gain insight into their radiation resistance, model materials (a high purity iron and a Fe-5.40 wt.% Cr alloy) have been ion-irradiated in the JANNuS facility to high doses with and without helium. The materials were self-ion-irradiated at 500 degrees C up to similar to 100 displacements per atom (dpa) with gas implantation rates equal to 0, 2.5 and 25 appm He dpa(-1). He and Cr effects on the radiation damage formation have been studied at the microscopic scale by transmission electron microscopy. In pure Fe, a coarse dislocation network was observed after irradiation, irrespective of helium implantation rate. Concerning the V-containing features (nanobubbles or cavities), few large cavities were observed in pure iron irradiated without helium. The main effect of helium implantation was to increase their density and diminish their size. The main effect of chromium was to reduce the swelling for all the He implantation rates. Furthermore, in both materials, the cavity formation was mainly heterogeneous. (C) 2013 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.
Published: 2013
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24. Single- and dual-beam in situ irradiations of high-purity iron in a transmission electron microscope: Effects of heavy ion irradiation and helium injection

Author: Daniel Brimbal, A. Barbu, Jean Henry, E. Meslin, B. Décamps, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, CSNSM PCI, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Polymers and Plastics, Physics::Instrumentation and Detectors, Iron, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Helium, 0103 physical sciences, Atom, Irradiation, 010302 applied physics, Metals and Alloys, Dislocation loop, 021001 nanoscience & nanotechnology, Crystallographic defect, Charged particle, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Transmission electron microscopy, Ion irradiation, Ceramics and Composites, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], In situ transmission electron microscopy, Atomic physics, Dislocation, 0210 nano-technology, Burgers vector
Abstract: In order to study the effects of 14 MeV neutron irradiation on materials used in the first walls of future fusion reactors, high-purity iron was ion-irradiated with and without helium in the JANNuS facility. Thin foils of high-purity iron were dual-beam irradiated in situ in a transmission electron microscope using 1 MeV Fe+ and 15 keV He+ ions. Several important results regarding dislocation loops and helium bubbles were obtained. For example, it was demonstrated that dislocation loops with a0 〈0 1 0〉 type Burgers vectors are glissile and can move and eliminate at the surface of the thin foil at 500 °C. A comparison of irradiations with and without helium showed that helium atoms reduce the mobility of dislocation loops in pure iron irradiated at 500 °C. Also, we demonstrated that the heterogeneous formation of bubbles inside dislocation loops found previously is also present for helium implantation rates of ∼80 atomic parts per million (appm) He/displacements per atom (dpa).
Published: 2013
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25. Titanium and zirconium oxidation under argon irradiation in the low MeV range

Author: N. Bérerd, Ngoc-Long Do, Gianguido Baldinozzi, Nathalie Moncoffre, Dominique Gorse-Pomonti, Laboratoire des Solides Irradiés (LSI), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction de l'Energie Nucléaire (CEA-DEN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Subjects: Materials science, 020209 energy, Nuclear Theory, Analytical chemistry, Oxide, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, Condensed Matter::Materials Science, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Stopping power (particle radiation), Irradiation, Physics::Chemical Physics, 010306 general physics, Spectroscopy, Nuclear Experiment, Zirconium, Range (particle radiation), Argon, chemistry, 13. Climate action, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Nuclear chemistry, Titanium
Abstract: We studied the irradiation effects on Ti and Zr surfaces in slightly oxidizing environment (rarefied dry air, 500°C) using multi-charged argon ions in the low MeV range (1 – 9 MeV) to the aim of determining the respective role of the electronic and nuclear stopping power in the operating oxidation process under irradiation. We have shown that ballistic collisions contribute significantly to the enhanced Ti and Zr oxidation under MeV argon bombardment. We have also shown that the projectile energy plays a significant role in the overall process.A significant oxide film thickening is visible on titanium under irradiation, taking the form of a well-defined oxidation peak between 1 and 4 MeV, as a result of the Nuclear Backscattering Spectroscopy and Spectroscopic Ellipsometry studies.A significant oxide film thickening is also visible on zirconium under same irradiation conditions, at 4 and 9 MeV, as a result of the NBS study. Work is in progress in order to determine how the modified oxidation process depends in this case on the projectile energy.
Published: 2012
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26. Mesoporous alpha-Fe2O3 thin films synthesized via the sol-gel process for light-driven water oxidation

Author: Wael Hamd, Clément Sanchez, Saioa Cobo, Vincent Artero, Alexandre Pereira, Gianguido Baldinozzi, Jennifer Fize, Wilfrid Schwartz, Marc Fontecave, Maryse Reymermier, Christel Laberty-Robert, Chaire Chimie des matériaux hybrides, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Chaire Chimie des processus biologiques, Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques (LCPB), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Collège de France - Chaire Chimie des processus biologiques
Subjects: Aqueous solution, Materials science, Dopant, Inorganic chemistry, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, Electrolyte, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Water splitting, Reversible hydrogen electrode, Physical and Theoretical Chemistry, Thin film, 0210 nano-technology, Mesoporous material, Sol-gel
Abstract: International audience; This work reports a facile and cost-effective method for synthesizing photoactive alpha-Fe2O3 films as well as their performances when used as photoanodes for water oxidation. Transparent alpha-Fe2O3 mesoporous films were fabricated by template-directed sol-gel chemistry coupled with the dip-coating approach, followed by annealing at various temperatures from 350 degrees C to 750 degrees C in air. alpha-Fe2O3 films were characterized by X-ray diffraction, XPS, FE-SEM and electrochemical measurements. The photoelectrochemical performance of alpha-Fe2O3 photoanodes was characterized and optimized through the deposition of Co-based co-catalysts via different methods (impregnation, electro-deposition and photo-electro-deposition). Interestingly, the resulting hematite films heat-treated at relatively low temperature (500 degrees C), and therefore devoid of any extrinsic dopant, achieve light-driven water oxidation under near-to-neutral (pH = 8) aqueous conditions after decoration with a Co catalyst. The onset potential is 0.75 V vs. the reversible hydrogen electrode (RHE), thus corresponding to 450 mV light-induced underpotential, although modest photocurrent density values (40 mu A cm(-2)) are obtained below 1.23 V vs. RHE. These new materials with a very large interfacial area in contact with the electrolyte and allowing for a high loading of water oxidation catalysts open new avenues for the optimization of photo-electrochemical water
Published: 2012
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27. Role of Antisite Disorder on Preamorphization Swelling in Titanate Pyrochlores

Author: Chao Jiang, Maulik K. Patel, Thomas Hartmann, D. J. Safarik, James A. Valdez, Blas P. Uberuaga, Gianguido Baldinozzi, Somnath Choudhury, Ken McClellan, Kurt E. Sickafus, Jonghan Won, Ming Tang, Yongqiang Wang, Darrin D. Byler, Igor O. Usov, Yinwan Li, Los Alamos National Laboratory (LANL), Harry Reid Center for Environmental Studies, University of Nevada [Reno], Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, and C'nano IDF (Solnac project.)
Subjects: 010302 applied physics, Diffraction, Materials science, Complex oxide, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Titanate, Ion, Condensed Matter::Materials Science, Crystallography, Lattice (order), Metastability, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], medicine, Irradiation, Physics::Chemical Physics, Swelling, medicine.symptom, 0210 nano-technology
Abstract: Ion irradiation experiments and atomistic simulations were used to demonstrate that irradiation-induced lattice swelling in a complex oxide, ${\mathrm{Lu}}_{2}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$, is due initially to the formation of cation antisite defects. X-ray diffraction revealed that cation antisite formation correlates directly with lattice swelling and indicates that the volume per antisite pair is approximately $12\text{ }\text{ }{\AA{}}^{3}$. First principles calculations revealed that lattice swelling is best explained by cation antisite defects. Temperature accelerated dynamics simulations indicate that cation Frenkel defects are metastable and decay to form antisite defects.
Published: 2012
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28. How polarons can enhance UO2 irradiation resistance?

Author: C. Petot, Gianguido Baldinozzi, Pascal Ruello, Lionel Desgranges, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de recherche en ingénierie moléculaire et matériaux fonctionnels de l'université du Maine (IRIMMFUM), and Le Mans Université (UM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Condensed matter physics, food and beverages, 02 engineering and technology, UO2, 021001 nanoscience & nanotechnology, Polaron, 01 natural sciences, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Irradiation, 0210 nano-technology, Instrumentation, Radiation resistance
Abstract: International audience; UO2 has a specific behaviour at high temperature related to a high concentration of charged defects, polarons, affecting its thermodynamic properties. We discuss how polarons can improve the radiation resistance of UO2.
Published: 2012
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29. Probing Properties, Stability, and Performances of Hierarchical Mesoporous Materials with Nanoscale Interfaces

Author: David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Dominique Gosset, Clément Sanchez, Guillaume Muller, Christel Laberty-Robert, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Chaire Chimie des matériaux hybrides, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and C'nano IDF (Solnac project.)
Subjects: Diffraction, Materials science, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, General Energy, Nanocrystal, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Physical and Theoretical Chemistry, Thin film, 0210 nano-technology, Mesoporous material, Nanoscopic scale
Abstract: International audience; Nanocrystals growth mechanism embedded into mesoporous thin films has been determined directly from grazing incidence X-ray diffraction data. We have shown, for the first time, that surface capillary forces control the growth mechanism of nanocrystals into these nanoarchitectures. Moreover, these data allow an estimation of the surface tension of the nanocrystals organized into a 3-D nanoarchitecture. The analysis of the variations in the strain field of these nanocrystals gives information on the evolution of the microstructure of these mesoporous films, that is, the contacts among nanocrystals. This work represents the first application of grazing incidence X-ray for understanding stability and performances of mesoporous thin films. This approach can be used to understand the structural stability of these nanoarchitectures at high temperature.
Published: 2012
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30. Structural features in fluorite compounds relevant for nuclear applications

Author: Lionel Desgranges, Laurence Luneville, David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Dominique Gosset, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), SolNac C'nano Ile-de-France GNR Matinex., and Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA)
Subjects: Large class, Phase transition, phase transformation, Materials science, actinide, Mineralogy, 02 engineering and technology, Actinide, Crystal structure, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Fluorite, Radiation tolerance, Chemical physics, 0103 physical sciences, Homogeneity (physics), radiation effects, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 010306 general physics, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Oxides with fluorite (or fluorite related) structures form a large class of compounds with a high radiation tolerance, somewhat related to their peculiar ability to accommodate a variety of defects and to form nonstoichiometric compounds with a large homogeneity range. Structural modifications are generally observed when the departure from the ideal composition is large. We would like to discuss these structural features using an approach based on the crystal symmetry analysis and to address some of the phase transition mechanisms in compounds relevant for nuclear applications.
Published: 2012
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31. Probing Strain and Microstrain in Nanostructured Thin Layers

Author: David Simeone, Jean-François Berar, Gianguido Baldinozzi, Dominique Gosset, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, CRG & Grands instruments (NEEL - CRG), Institut Néel (NEEL), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Solnac C'nano IDF. GNR Matinex., and CRG et Grands Instruments (CRG)
Subjects: Total internal reflection, Thin layers, Grazing incidence diffraction, Nanostructure, Materials science, nanostructure, business.industry, Rietveld refinement, thin film, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 010403 inorganic & nuclear chemistry, Microstructure, 01 natural sciences, 0104 chemical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, x-ray diffraction (XRD), Crystallite, Thin film, 0210 nano-technology, business
Abstract: The analysis of the structures and microstructures of nanostructured thin layers can be performed using laboratory grazing incidence diffraction, provided accurate corrections are performed to handle the instrumental broadening effects related to the experiment geometry for an impinging beam close to the critical angle. Implementing these corrections in Rietveld refinement software allows the accurate extraction of quantitative relevant information about the structure (strain and atomic positions) and the microstructure (crystallite size and microstrain), selectively probing the material on a depth of few nanometers.
Published: 2011
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32. Rietveld refinements performed on mesoporous ceria layers at grazing incidence

Author: Jean-François Berar, Dominique Gosset, Gianguido Baldinozzi, Gilbert Zalczer, David Simeone, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CRG et Grands Instruments (CRG), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), C'nano IDF (Solnac project.), CRG & Grands instruments (NEEL - CRG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Diffraction, Total internal reflection, Materials science, business.industry, Rietveld refinement, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology, Reflection (mathematics), Optics, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Wafer, 0210 nano-technology, Mesoporous material, business, Incidence (geometry)
Abstract: Seven diffraction patterns were collected on a 100 nm Gd-doped ceria layer deposited on a silicon wafer under asymmetric reflection conditions. As the grazing-incidence angle decreases, large shifts (a few tens of degrees) and broadenings (two degrees below the critical angle) ofhklreflections are apparent in the diffraction patterns. The impact of these aberrations on the positions and profiles of the Bragg peaks is studied in detail in this work. On the basis of this analysis, diffraction patterns collected at different angles of incidence could then be refined using a unique structural model. From these refinements, the evolution of the coherent diffracting domains, the strain and the microstrain can clearly be traced as a function of depth.
Published: 2011
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33. First-principles calculation and experimental study of oxygen diffusion in uranium dioxide

Author: B. Pasquet, Michel Freyss, Mathieu Fraczkiewicz, Marjorie Bertolus, Guido Baldinozzi, Philippe Garcia, Boris Dorado, Carole Valot, David Simeone, G. Carlot, Carine Davoisne, Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Subjects: inorganic chemicals, Work (thermodynamics), Materials science, Condensed matter physics, Uranium dioxide, Thermodynamics, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry.chemical_compound, chemistry, Ab initio quantum chemistry methods, Vacancy defect, 0103 physical sciences, Frenkel defect, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Strongly correlated material, Density functional theory, Physics::Chemical Physics, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Transport phenomena
Abstract: International audience; This work provides an illustration that density functional theory (DFT) + U calculations may quantitatively describe transport phenomena in uranium dioxide. Oxygen diffusion mechanisms are investigated using both ab initio calculations and experimental approaches mainly involving self-diffusion coefficient measurements. The dependences of the experimental data upon oxygen potential and sample impurity content demonstrate, by comparison with basic point defect and diffusion theory, that oxygen migration occurs via an interstitial mechanism. The temperature study provides an estimate of interstitial formation and migration energies which compare very favorably to energies calculated using the DFT+U approximation relating to the interstitialcy mechanism. Also, vacancy migration and Frenkel pair formation energies are shown to agree well with existing data.
Published: 2011
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34. Rapidly synthesis of nanocrystalline MgIn2O4 spinel using combustion and solid state chemistry

Author: David Simeone, Dominique Gosset, Suzy Surblé, Stéphane Urvoy, Gianguido Baldinozzi, Mickaël Dollé, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Subjects: Solid-state chemistry, Materials science, Inorganic chemistry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, engineering.material, 010402 general chemistry, Combustion, 01 natural sciences, 7. Clean energy, law.invention, law, General Materials Science, Calcination, Aqueous solution, Magnesium, Spinel, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Nanocrystalline material, 0104 chemical sciences, chemistry, engineering, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Crystallite, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; Nanometric/submicronic powders of magnesium indate spinel MgIn2O4 were prepared with a two-steps process. First, nano-oxides of In2O3 and MgO were obtained by combustion of aqueous solutions of metal nitrates (as an oxidizer) and different fuels (glycine/urea/citric acid). Then, the as-prepared combustion ashes were converted into pure spinels after calcinations at elevated temperature. The as-prepared powders spinels have nanometric or submicronic grain size. This process allows preparing the MgIn2O4 spinel compound in 1 day whilst 10 days were necessary when the classical solid state chemistry is used. In this paper, we compare these two ways and study the effect of different reaction parameters, such as the nature of fuels or the fuel/oxidiser ratio. Crystallites sizes of the synthesized compounds were investigated by powder X-ray diffraction and Scanning Electron Microscopy.
Published: 2011
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35. Study of Ion Beam Mixing by x ray reflectometry

Author: Cyrile Deranlot, Laurence Luneville, Dominique Gosset, Nathalie Moncoffre, David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), ACE, Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité mixte de physique CNRS/Thales (UMPhy CNRS/THALES), THALES [France]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-THALES
Subjects: Electron density, Materials science, Ion beam mixing, business.industry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, Fluence, X-ray reflectivity, Optics, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Specular reflection, Irradiation, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Reflectometry, business, Mixing (physics)
Abstract: We present in this text a new experimental tool to study the mixing of atoms under irradiation. Based on physics of x ray diffraction, the specular reflectivy of x ray was used to estimate the Auto Correlation Function associated with the electron density gradient. The accuracy of the ACF is around 1 nanometer and does not evolve with the thickness of the probed layer. Thus, this point allows accurately measuring the broadening of the electron density gradient spreading induced by irradiation. Such an accurate profile extracted over a large range of fluences (about 3 decades) would lead to the determination of the functional dependence of this spreading with the fluence. This could allow pointing out the main mechanisms triggering the atomic mixing over large distances when atomic mixing occurring in thermal spikes is washed out.
Published: 2011
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36. Dual-beam irradiation of α-iron: Heterogeneous bubble formation on dislocation loops

Author: E. Meslin, A. Barbu, Daniel Brimbal, Jean Henry, B. Décamps, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Nuclear and High Energy Physics, Materials science, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Fusion power, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Dual beam, Ion, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, General Materials Science, Liquid bubble, Irradiation, Atomic physics, Dislocation, 0210 nano-technology, Helium
Abstract: In order to understand the evolution of materials under irradiation conditions similar to those in future fusion reactors, we have irradiated high purity iron in situ in a transmission electron microscope with 1 MeV Fe+ ions while simultaneously implanting 15 keV He+ ions, at 500 °C. Once not, vert, similar1 dpa/500 appm He were reached, helium bubbles and large dislocation loops were observed. The study reveals that helium bubbles nucleated heterogeneously: a majority of them were observed inside the large dislocation loops. 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.
Published: 2011
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37. Tailoring strain in the SrTiO3 compound by low-energy He+ irradiation

Author: B. Decamps, O. Plantevin, C. Bachelet, Gianguido Baldinozzi, A. Gentils, O. Kaitasov, S. Autier-Laurent, Philippe Lecoeur, Institut d'électronique fondamentale (IEF), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, and Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: 010302 applied physics, Condensed Matter - Materials Science, Range (particle radiation), Materials science, Strain (chemistry), General Physics and Astronomy, Materials Science (cond-mat.mtrl-sci), FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Molecular physics, Ion, chemistry.chemical_compound, Lattice constant, Ion implantation, chemistry, 0103 physical sciences, Strontium titanate, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Irradiation, 0210 nano-technology, Layer (electronics)
Abstract: The ability to generate a change of the lattice parameter in a near-surface layer of a controllable thickness by ion implantation of strontium titanate is reported here using low energy He+ ions. The induced strain follows a distribution within a typical near-surface layer of 200 nm as obtained from structural analysis. Due to clamping effect from the underlying layer, only perpendicular expansion is observed. Maximum distortions up to 5-7% are obtained with no evidence of amorphisation at fluences of 1E16 He+ ions/cm2 and ion energies in the range 10-30 keV., Comment: 11 pages, 4 figures, Accepted for publication in Europhysics Letter (http://iopscience.iop.org/0295-5075)
Published: 2010
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38. Microstructure and mechanical properties of high niobium containing TiAl alloys elaborated by spark plasma sintering

Author: Mickaël Dollé, Florent Houdellier, Florian Pyczak, Marc Thomas, Frank-Peter Schimansky, Alain Couret, Houria Jabbar, Jean-Philippe Monchoux, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Helmholtz-Zentrum Geesthacht (GKSS), ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Mechanical Engineering, Metallurgy, Metals and Alloys, Niobium, Spark plasma sintering, Sintering, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Creep, chemistry, Mechanics of Materials, Phase (matter), 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Lamellar structure, 0210 nano-technology, Ductility, ddc:620.11
Abstract: International audience; Spark Plasma Sintering (SPS) is used to process TNB alloys. Pre-alloyed powders (Tie-46Al-9Nb) were sintered between 975 °C and 1300 °C under 100 MPa. The microstructures of the products are determined by X-ray diffraction and by scanning and transmission electron microscopy. Their mechanical properties are evaluated by tensile tests performed at room temperature and creep experiments at 700 °C under 300 MPa stress.Depending on the sintering temperature, two-phased, duplex and lamellar microstructures have been obtained. A quasi-$\alpha$2 phase has been observed, which is in fact an $\alpha$2 phase in which Nb atoms have substituted Ti atoms. The TNB alloys consolidated by SPS are stronger than the alloys previously elaborated by SPS using Tie-47Al-2Cr-2Nb and Tie-44Al-2Cr-2Nb-1B powders but they exhibit a lower ductility. Moreover, some specimens broke prematurely due to Fe inclusions.
Published: 2010
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39. Behaviour of nanocrystalline silicon carbide under low energy heavy ion irradiation

Author: David Simeone, Gianguido Baldinozzi, A. Audren, Dominique Gosset, Yann Leconte, Laurence Luneville, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers (ex SPAM) (LIDyl), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), G. Baldinozzi, K.L. Smith, K. Yasuda, Y. Zhang, ANR-06-BLAN-0292,ALIX-MAI,Stabilité structurales de Céramiques soumises à de fortes excitations électroniques - Analyse en Ligne sur Irrsud par diffraction des rayons X(2006), and Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Annealing (metallurgy), Nanocrystalline silicon, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, Grain size, Nanocrystalline material, Carbide, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, Crystallography, Microcrystalline, visual_art, 0103 physical sciences, visual_art.visual_art_medium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Ceramic, Composite material, 0210 nano-technology
Abstract: Silicon carbide is one of the most studied materials for core components of the next generation of nuclear plants (Gen IV). In order to overcome its brittle properties, materials with nanometric grain size are considered. In spite of the growing interest for nano-structured materials, only few experiments deal with their behaviour under irradiation. To assess and predict their evolution under working conditions, it is important to characterize their microstructure and structure. To this purpose, we have studied microcrystalline and nanocrystalline samples before and after irradiation at room temperature with 4 MeV Au ions. In fact, it is well established that such irradiation conditions lead to amorphisation of the material, which can be restored after annealing at high temperature. We have performed isochronal annealings of both materials to point out the characteristics of the healing process and eventual differences related to the initial microstructure of the samples. To this purpose Grazing Incidence X-Ray Diffraction has been performed to determine the microstructure and structure parameters. We observe the amorphisation of both samples at similar doses but different annealing kinetics are observed. The amorphous nanocrystalline sample recovers its initial crystalline state at higher temperature than the microcrystalline one. This effect is clearly related to the initial microstructures of the materials. Therefore, the grain size appears as a key parameter for the structural stability and mechanical properties of this ceramic material under irradiation.
Published: 2009
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40. How to Simulate the Microstructure Induced by a Nuclear Reactor with an Ion Beam Facility : DART

Author: Dominique Gosset, Laurence Luneville, Gianguido Baldinozzi, David Simeone, Yves Serruys, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Service de recherches de métallurgie physique (SRMP), and Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA)
Subjects: Nuclear reaction, Radiation material science, Materials science, Ion beam, Nuclear engineering, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Binary collision approximation, Nuclear reactor, 021001 nanoscience & nanotechnology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Neutron temperature, law.invention, Ion, Nuclear physics, Ion beam deposition, law, 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 010306 general physics, 0210 nano-technology
Abstract: Even if the Binary Collision Approximation does not take into account relaxation processes at the end of the displacement cascade, the amount of displaced atoms calculated within this framework can be used to compare damages induced by different facilities like pressurized water reactors (PWR), fast breeder reactors (FBR), high temperature reactors (HTR) and ion beam facilities on a defined material. In this paper, a formalism is presented to evaluate the displacement cross-sections pointing out the effect of the anisotropy of nuclear reactions. From this formalism, the impact of fast neutrons (with a kinetic energy En superior to 1 MeV) is accurately described. This point allows calculating accurately the displacement per atom rates as well as primary and weighted recoil spectra. Such spectra provide useful information to select masses and energies of ions to perform realistic experiments in ion beam facilities.
Published: 2009
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41. Neutron Diffraction Study of the Structural Changes Occurring During the Low Temperature Oxidation of UO2

Author: Lionel Desgranges, Gurvan Rousseau, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Subjects: Materials science, Neutron diffraction, Uranium dioxide, chemistry.chemical_element, Thermodynamics, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 02 engineering and technology, Crystal structure, Uranium, 010402 general chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Atomic units, Oxygen, Spent nuclear fuel, Isothermal process, 0104 chemical sciences, chemistry.chemical_compound, Crystallography, chemistry, 13. Climate action, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology
Abstract: The oxidation of uranium dioxide has been studied for more than 50 years. It was first studied for fuel fabrication purposes and then later on for safety reasons to design a dry storage facility for spent nuclear fuel that could last several hundred years. Therefore, understanding the changes occurring during the oxidation process is essential, and a sound prediction of the behavior of uranium oxides requires the accurate description of the elementary mechanisms on an atomic scale. Only the models based on elementary mechanisms should provide a reliable extrapolation of laboratory results over timeframes spanning several centuries. The oxidation mechanism of uranium oxides requires understanding the structural parameters of all the phases observed during the process. Uranium dioxide crystal structure undergoes several modifications during the low temperature oxidation that transforms UO2 into U3O8. The symmetries and the structural parameters of UO2, β-U4O9, β-U3O7 and U3O8 were determined by refining neutron diffraction patterns on pure single-phase samples. Neutron diffraction patterns, collected during the in situ oxidation of powder samples at 483 K were also analyzed performing Rietveld refinements. The lattice parameters and relative ratios of the four pure phases were measured during the progression of the isothermal oxidation. The transformation of UO2 into U3O8 involves a complex modification of the oxygen sublattice and the onset of complex superstructures for U4O9 and U3O7, associated with regular stacks of complex defects known as cuboctahedra which consist of 13 oxygen interstitial atoms. The structural modifications during the oxidation process are discussed.
Published: 2009
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42. Can We Describe phase Transition in Insulators within the Landau PT theory Framework?

Author: Dominique Gosset, Léo Mazerolles, Gianguido Baldinozzi, Laurence Luneville, David Simeone, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Logiciels pour la Physique des Réacteurs (LLPR), Service des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), Centre d'études de chimie métallurgique (CECM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service d’Études des Réacteurs et de Mathématiques Appliquées (SERMA), Gestion Territoriale de l'Eau et de l'environnement (UMR GESTE), and École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)
Subjects: Diffraction, Phase transition, Materials science, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Condensed Matter::Materials Science, symbols.namesake, 0103 physical sciences, Cubic zirconia, Ceramic, Physics::Chemical Physics, 010306 general physics, Zirconium, Condensed matter physics, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Landau theory, chemistry, Structural stability, visual_art, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], symbols, visual_art.visual_art_medium, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy
Abstract: Based on studies of simple oxides, this paper demonstrates that the specific energy deposition modes under irradiation induce modifications of materials over different length scales. On the other hand, we show the Landau phase transition theory, widely used to explain the structural stability of materials out of irradiation, can give a general framework to describe the behavior of these oxides under irradiation. The use of X-ray diffraction techniques coupled with the Raman spectroscopy allows defining in a quantitative way the phenomenological parameters leading to predictive results. This paper clearly shows that in two model systems, pure zirconia and spinels, no unexpected new phases are produced in these oxides irradiated at room temperature and with different fluxes. Such a phenomenological approach may be useful to study the radiation tolerance of many crystalline ceramics (e.g. the zirconium based americium ceramics).
Published: 2009
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43. Ionic Conductivity in Nanocrystalline Gd Doped Ceria

Author: Dominique Gosset, Gianguido Baldinozzi, David Simeone, Mickael Dollé, G. Petot-Ervas, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, K.E. Sickafus, A. Navrotsky, and S.R. Phillpot
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Analytical chemistry, Sintering, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Hot pressing, 01 natural sciences, Nanocrystalline material, Grain size, Dielectric spectroscopy, 0103 physical sciences, Ionic conductivity, Grain boundary, Crystallite, 0210 nano-technology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: We have synthesized Gd-doped ceria polycrystalline samples (5, 10, 15 %mol), having relative densities exceeding 95% and grain sizes between 30 and 160 nm after axial hot pressing (750 °C, 250 MPa). The samples were prepared by sintering nanopowders obtained by sol-gel chemistry methods having a very narrow size distribution centered at about 16 nm. SEM and X-ray diffraction were performed to characterize the sample microstructures and to assess their structures. We report ionic conductivity measurements using impedance spectroscopy. It is important to investigate the properties of these systems with sub-micrometric grains and as a function of their composition. Therefore, samples having micrometric and nanometric grain sizes (and different Gd content) were studied. Evidence of Gd segregation near the grain boundaries is given and the impact on the ionic conductivity, as a function of the grain size and Gd composition, is discussed and compared to microcrystalline samples.
Published: 2008
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44. Oxygen Lattice Distortions and U Oxidation State in UO2+x Fluorite Structures

Author: Lionel Desgranges, Gianguido Baldinozzi, Laboratoire de Modélisation Multi-échelles des Combustibles (LM2C), Service d'Etudes de Simulation du Comportement du combustibles (SESC), Département d'Etudes des Combustibles (DEC), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Ionic radius, Inorganic chemistry, Enthalpy, Oxide, Thermodynamics, 02 engineering and technology, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Neutron scattering, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, Lattice constant, chemistry, Oxidation state, Lattice (order), 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology, Solid solution
Abstract: The structural changes induced by the changes of the uranium oxidation state in the ideal fluorite lattice of pure UO2 are discussed. Experimental results evidence strong distortions of the oxygen sub-lattice due to dynamic (at high temperature) or static (at low temperature) fluctuations of the local charges in the cationic sublattice. These changes in the oxidation state are often described using the Vegard’s law because a linear dependence of lattice parameter is observed over a wide range of compositions. Nevertheless, an ideal solid solution model cannot explain this behavior where the elastic effects are directly related to the ionic radii of the cations. Strong evidence is provided that enthalpy effects are relevant in these systems and that they are directly associated with the local structural changes observed during neutron scattering experiments.
Published: 2008
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45. Effect of the energy deposition modes on the structural stability of pure zirconia

Author: S. LeCaër, David Simeone, Isabelle Monnet, Dominique Gosset, Léo Mazerolles, Gianguido Baldinozzi, S. Bouffard, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Claude Fréjacques (LCF - URA 331), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études de chimie métallurgique (CECM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Gestion Territoriale de l'Eau et de l'environnement (UMR GESTE), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Phase transition, Materials science, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, 01 natural sciences, Crystallographic defect, Landau theory, Crystallography, Tetragonal crystal system, Condensed Matter::Materials Science, Chemical physics, Phase (matter), 0103 physical sciences, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Cubic zirconia, Point defects, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Instrumentation, Monoclinic crystal system, Irradiation effect
Abstract: One of the most important goals in materials science is to be able to design materials with specific properties. Irradiation seems to be a powerful tool for the design of advanced materials because of its ability to modify over different scales the microstructure of solids. Nowadays, it is clearly proved that irradiation induces order–disorder phase transitions in metallic alloys and in some ceramics. Recent investigations on pure monoclinic zirconia have clearly shown that a displacive phase transition can be induced by irradiation. In this work, the impact of the energy deposition modes on the structural stability of pure monoclinic ZrO2 is discussed in detail. Based on experimental evidences, a microscopic model is proposed to explain the displacive phase transition observed in this material after irradiation by low and high energy ions within the Landau theory framework. Even if defects generated by low and high energy ions are quite different, these defects are able to quench the same tetragonal phase in pure zirconia.
Published: 2008
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46. Structural evolution of zirconium carbide under ion irradiation

Author: D. Gosset, Lionel Thomé, Gianguido Baldinozzi, D. Simeone, Mickaël Dollé, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PCI, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Materials science, Analytical chemistry, ZRC, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Fluence, Ion, Carbide, Zirconium carbide, chemistry.chemical_compound, 0103 physical sciences, General Materials Science, Cubic zirconia, Irradiation, 010302 applied physics, Zirconium, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Transmission electron microscopy, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology, Nuclear chemistry
Abstract: Zirconium carbide is one of the candidate materials to be used for some fuel components of the high temperature nuclear reactors planned in the frame of the Gen-IV project. Few data exist regarding its behaviour under irradiation. We have irradiated ZrC samples at room temperature with slow heavy ions (4 MeV Au, fluence from 10(11) to 5 x 10(15) cm(-2)) in order to simulate neutron irradiations. Grazing incidence X-Ray diffraction (GIXRD) and transmission electron microscopy (TEM) analysis have been performed in order to study the microstructural evolution of the material versus ion fluence. A high sensitivity to oxidation is observed with the formation of zirconia precipitates during the ion irradiations. Three damage stages are observed. At low fluence (10(14) cm(-2)), the micro-strains saturate and the loops coalesce to form a dense dislocation network. No other structural modification is observed. The material shows a moderate cell parameter increase, corresponding to a 0.6 vol.% swelling, which saturates around 10(14) ions/cm(2), i.e., a few Zr dpa. As a result, in spite of a strong covalent bonding component, ZrC seems to have a behaviour under irradiation close to cubic metals. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.
Published: 2008
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47. Photoluminescence properties of Cr2+:ZnSe films deposited by radio frequency magnetron cosputtering

Author: Vivet, N., Morales, M., Levalois, M., Portier, X., Doualan, J.L., Audren, A., Monnet, I., Leconte, Y., Thomé, L., Herlin-Boime, N., Reynaud, C., Gosset, D., Garrido, F., Benyagoub, A., Moncorgé, R., Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nanomatériaux, Ions et Métamatériaux pour la Photonique (NIMPH), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Laboratoire Francis PERRIN (LFP - URA 2453), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PCI, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), and Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Subjects: Photoluminescence, Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Spectral line, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], 0103 physical sciences, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, Optically active, 021001 nanoscience & nanotechnology, Characterization (materials science), [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Cavity magnetron, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, Radio frequency magnetron, 0210 nano-technology, business
Abstract: Cr2+:ZnSe films were grown at room temperature by the radio frequency magnetron cosputtering technique. The structural characterization of the films shows that the corresponding films are well crystallized mainly in the cubic zinc-blende structure with strong ⟨111⟩ orientations. Using direct (1850nm) and indirect (visible) excitations, photoluminescence experiments in the midinfrared spectral region reveal that Cr is incorporated in the optically active Cr2+ state, and the shape of the spectra agrees with that reported for bulk materials. This study shows that magnetron cosputtering can provide viable structures for the realization of optically and electrically pumped midinfrared microlasers.
Published: 2007
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48. Evidence of extended defects in pure zirconia irradiated by swift heavy ions

Author: Dominique Gosset, David Simeone, Sophie Le Caër, Léo Mazerolles, Gianguido Baldinozzi, Isabelle Monnet, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre Interdisciplinaire de Recherche Ions Lasers (CIRIL), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Claude Fréjacques (LCF - URA 331), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études de chimie métallurgique (CECM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Gestion Territoriale de l'Eau et de l'environnement (UMR GESTE), and École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)
Subjects: Phase transition, Materials science, [PHYS.PHYS.PHYS-ATOM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atomic Physics [physics.atom-ph], Condensed matter physics, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Microstructure, 01 natural sciences, Crystallographic defect, Landau theory, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Condensed Matter::Materials Science, Tetragonal crystal system, Transmission electron microscopy, 0103 physical sciences, PHASE-TRANSITION, Crystallite, 010306 general physics, 0210 nano-technology, Monoclinic crystal system
Abstract: X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and optical spectroscopy were used to investigate the microstructure of polycrystalline samples of pure monoclinic zirconia irradiated by high energy ions. These techniques point out the existence of extended defects and they allow to monitor the tetragonal to monoclinic phase transition as a function of the temperature during isochronal annealings. The Landau theory approach explains the phase transition mechanism via the presence of an important strain field induced by dislocations. Though high and low energy ions can effectively stabilize the same tetragonal phase in the irradiated layer, only point defects are produced at low energy whereas extended defects are also observed at high energy, showing the strong influence of the energy deposition modes on the observed microstructures.
Published: 2006
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49. Phase transition of pure zirconia under irradiation: A textbook example

Author: Gianguido Baldinozzi, S. Le Caër, D. Gosset, David Simeone, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Claude Fréjacques (LCF - URA 331), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Phase transition, Materials science, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Tetragonal crystal system, Condensed Matter::Materials Science, Phase (matter), 0103 physical sciences, point defects, Ceramic, Irradiation, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], irradiation effect, 010306 general physics, Instrumentation, Quenching, Condensed matter physics, [PHYS.PHYS.PHYS-ATOM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atomic Physics [physics.atom-ph], 021001 nanoscience & nanotechnology, Microstructure, Landau theory, phase transition, visual_art, visual_art.visual_art_medium, 0210 nano-technology
Abstract: One of the most important goals in ceramic and materials science is to be able to design materials with specific properties. Irradiation seems to be a powerful tool for the design of advanced ceramics because of its ability to modify over different scales the microstructure of solids. Nowadays, it is clearly proved that irradiation induces order-disorder phase transitions in metallic alloys and in some ceramics. In this paper, we show that a displacive phase transition can also be induced by irradiation. Based on many experimental facts, a microscopic model is proposed to explain the displacive phase transition observed in this material after irradiation. Defects, produced in the oxygen sublattice, induce important strain fields on a nanometric scale. This strain field can be handled as a secondary order parameter within the Landau theory approach, leading to a decrease of the phase transition temperature and thus quenching the high temperature tetragonal phase. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.
Published: 2006
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50. Structural stability of ZnAl2O4 spinel irradiated by low energy particles

Author: Lionel Thomé, David Simeone, Gianguido Baldinozzi, Dominique Gosset, Mickaël Dollé, Léo Mazerolles, Laboratoire d'Analyse Microstructurale des Matériaux (LA2M), Service des Recherches Métallurgiques Appliquées (SRMA), Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département des Matériaux pour le Nucléaire (DMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des solides (SPMS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Gestion Territoriale de l'Eau et de l'environnement (UMR GESTE), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Centre d'études de chimie métallurgique (CECM), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Nuclear and High Energy Physics, Phase transition, Materials science, radiation effects in insulators, Physics::Instrumentation and Detectors, Physics::Medical Physics, PACS: 61.82.Dd, Mineralogy, 02 engineering and technology, engineering.material, 01 natural sciences, Ion, Condensed Matter::Materials Science, Low energy, 0103 physical sciences, Ceramic, Irradiation, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], 010306 general physics, Instrumentation, Spinel, [SDV.SP]Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences, 021001 nanoscience & nanotechnology, phase transitions, Chemical physics, Structural stability, visual_art, visual_art.visual_art_medium, engineering, Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics, 0210 nano-technology
Abstract: International audience; It is now well known that irradiation of metals and alloys can drive materials into complex configurations. Several examples, like the occurrence of order-disorder phase transitions driven by irradiation, are discussed by many authors. To understand the behavior of ceramics under irradiation, several spinels were irradiated. In this paper, experimental results on the irradiation of ZnAl2O4 by lowenergy particles (4 MeV Au2+ ions) are presented. An order-disorder phase transition is observed. The unusual behavior of this spinel under irradiation is discussed within the framework of Martin's theory of driven alloys under irradiation.
Published: 2006
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