Brevet FR2553563A1 — publié le 19850419

Matière solide ayant des propriétés électriques spéciales et procédé pour la préparation d'une matière solide de ce type " L'invention concerne une matière solide ou un corps solide constitué par cette matière, d'une épaisseur finie, avec une géométrie de préférence plane ou plate L'invention se rapporte d'une manière générale à l'action des radiations d'ions lourds sur des matières 10 solides, c'est-à-dire aux traces nucléaires provoquées par ces radiations Ces traces nucléaires sont des anomalies dans la texture des corps solides qui suivent le trajets d'ions riches en énergie dans les isolateurs, et peuvent être utilisées pour induire un processus de 15 changement de phase. L'invention a pour objectif de proposer une nouvelle matière solide, dont les propriétés électriques seraient nettement plus étendues que celles des matières connues Cette matière solide, ou les 20 corps formés par cette matière, devraient permettre entre autres, d'obtenir des radiations électromagnétiques dans un domaine jusqu'à présent difficilement accessible, compris entre environ 1 y et 1 mm de longueur d'onde, ou de les détecter. A cet effet, l'invention propose une matière solide caractérisée en ce que suivant une 2 2553563 première direction, elle est conductrice de l'électricité et que suivant une seconde direction, perpendiculaire à la première, elle est un isolant électrique L'ihvention propose également un corps solide d'une épaisseur finie, d'une géométrie de preférence plate ou plane, constitué d'une matière solide caractérisé par une matrice en matériau diélectrique avec une multitude de dipôles en un matériau conducteur électrique, disposes suivant des axes parallèles, 10 dipôles dont les extrémités arrivent jusqu'à la surface supérieure ou inférieure du corps solide, ou jusqu'au voisinage de ces surfaces, la direction de ces dipôles, par rapport à la surface, étant perpendiculaire ou oblique et leur diamètre se situant unifor15 mémcnt dans le domaine microscopique Ce corps solide est également caractérisé en ce que le matériau constituant le corps solide est un verre métastable, sursaturé d'un métal, et que le verre est un verre ordinaire ou un verre de quartz, avec une teneur en cuivre de 10 à 40 %. 20 Il est également proposé un procédé de préparation d'une matière solide ou d'un corps solide caractérisé par les étapes suivantes: a) préparation d'une couche de verre métastable, sursaturé d'un métal, par exemple par diffusion ionique, dépôt à partir de la phase gazeuse ou vaporisation simultanée d'une couche constituée par exemple de cuivre et de dioxyde de silicium, b) irradiation de la couche, en direction perpendiculaire ou oblique par rapport à la surface, avec des ions lourds ayant une énergie, un type ionique et une dose superficielle déterminés, par exemple avec 1011/cm 2 d'uranium, de plomb ou de xénon, c) traitement thermique de la couche irradiée ou maturation des germes métalliques formés jusqu'à fusion des 35 agrégats métalliques en fils métalliques, par exemple 3. 2553563 à des températures comprises entre la température ambiante et 4000 C. Dans cette nouvelle matière solide, outre ses propriétés spéciales de conductivité, la présence d'une multitude de dipôles métalliques alignés à l'échelle microscopique, présente un avantage pour obtenir les propriétés visées en ce qui concerne la radiation électromagnétique indiquée. Les écartements des dipôles peuvent être rendus ici 10 très grands par rapport à des dip 8 les atomiques. Le dépôt d'agrégats métalliques suivant des traces nucléaires latentes provoque dans l'isolateur la formation d'une multitude de dip 8 les à orientation parallèle, sous forme d'aiguilles métalliques fines, 15 conduisant l'électricité Suivant les axes d'anisotropie définis par les traces nucléaires, un tel matériau composite présente une constante diélectrique inhabituellement élevée, comparable aux constantes électriques des métaux En direction perpendiculaire 20 aux axes d'anisotropie, cependant, la constante diélectrique n'est pratiquement pas modifiée par rapport au matériau isolant initial. Les propriétés d'absorption et d'émission électromagnétiques d'un tel ensemble de dipôles complètement 25 orientés sont nouvelles et peuvent avoir des applications avantageuses. La nouvelle matière solide ou corps solide sera présentée en détail avec référence à la figure schématique annexée. La figure représente en coupe un corps solide plat sous forme de couche plane, dont le matériau de base 1 est par exemple constitué de verre quartzeux sursaturé de cuivre Il est important ici qu'il existe un système métastable, qui a une tendance à la 35 4 2553563 démixtion Le matériau ne doit cependant pas être un cristal car lors de la cristallisation, il se produirait un effet de démixtion qui détruirait à nouveau les propriétés recherchées Une zone 2 dét-er5 minée du corps solide est alors irradiée avec des ions lourds àénergie élevée, par exemple 10 11 ions par cm d'uranium, plomb ou xénon, dans la présente représentation sous une incidence de 45 par rapport à la surface, ce qui produit des traces nucléaires 10 3 latentes Après l'irradiation le corps solide est soumis à un traitement thermique jusqu'à fusion des traces nucléaires 3, latentes, c'est-à-dire des agrégats d'ions métalliques qui suivent la direction des traces nucléaires, provoquées par l'irradiation en fils métalliques Cela s'effectue à des températures comprises entre la température ambiante et environ 4000 C. Le matériau obtenu présente maintenant des propriétés particulières, il s'est formé une mul20 titude de dipÈles 4 suivant la direction des traces nucléaires 3 (une de celles-ci est désignée en trait gras) Ces dip Sles présentent une polarisation élevée dans l'une des directions 5, il s'est créé une conductivité très élevée, pratiquement métallique, avec une aptitude à la polarisation très élevée, et dans l'autre direction 6, perpendiculaire à la première, une conductivité négligeable, c'est-à-dire un effet isolant élevé La direction 5, c'est-&à-dire la direction des dipôles peut se situer de façon perpendiculaire ou oblique par rapport à la surface 7 de la matière solide, ce qui signifie que la direction de l'irradiation peut être choisie librement La mobilité des électrons dans les directions 5 et 6 est donc très différente de l'une à l'autre. 2553563 Il se forme un nouveau matériau isolant anisotrope, ayant une constante diélectrique très élevée, proche de celles des métaux, dans une direction préférentielle Il est possible de choisir ici le mode de dépôt du métal, la direction préférentielle, la longueur des dipôles métalliques, des dip Sles en inclusion étant également possibles. Le principe de base de la nouvelle matière solide est que les métaux nobles, dissous à O 10 température élevée dans une matrice diélectrique, présentent une forte tendance à s'agglomérer en flocons métalliques Cette opération d'agglomération est déclenchée par le passage d'un ou de plusieurs ions à ionisation élevée Il se termine par la disposition 15 d'agglomérats métalliques le long des traces ioniques. L'invention propose donc, suivant la description ci-dessus de réaliser dans le corps solide des aiguilles métalliques par exemple des dipÈles orientés, microscopiques, de longueurs identiques Le long d'un axe d'anisotropie préféré, un matériau composite de ce type présente une constante diélectrique anormalement élevée avec des fréquences basses A 90 par rapport à l'axe des dip Sles, la constante demeure cependant très faible, comme décrit plus haut A des 25 fréquences élevées, l'absorption par résonance ou l'émission de radiations électromagnétiques à travers un système de dipôles bien orientés de ce type font preuve d'autres importantes propriétés nouvelles de la matière. 3 o 6 2553563 REVENDICATIONS 1 ) Matière solide caractérisée en ce que suivant une première direction, elle est conductrice de l'électricité et qui suivant une seconde direction, perpendiculaire à la première, elle est un isolant électrique. ) Corps solide d'une épaisseur finie, d'une géométrie de préférence plate ou plane, constitué d'une matière solide selon la revendication 1, caractérisé par une matrice en matériau diélectrique ( 1) avec une multitude de dip 8 les ( 4) en un matériau conducteur électrique, disposés suivant des axes ( 5) parallèles, dipôles dont les extrémités arrivent jusqu'à la surface ( 7) supérieure ou inférieure du corps 15 solide, ou jusqu'au voisinage de ces surfaces, la direction de ces dip 8 les, par rapport à la surface étant perpendiculaire ou oblique et leur diamètre se situant uniformément dans le domaine microscopique. 3 ) Corps solide selon l'une des 20 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau constituant le corps solide est un verre métastable, sursaturé d'un métal. 4 ) Corps solide selon la revendication 3, caractérisé en ce que le verre est un verre 25 ordinaire ou un verre de quartz, avec une teneur en cuivre de 10 à 40 %. ) Procédé de préparation d'une matière solide ou d'un corps solide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par les étapes 30 suivantes: a) préparation d'une couche de verre métastable, sursaturé d'un métal, par exemple par diffusion ionique, dépôt à partir de la phase gazeuse ou vaporisation simultanée d'une couche constituée par exemple de 35 cuivre et de dioxyde de silicium, 7 2553563 b) irridiation de la couche, en direction perpendiculaire ou oblique par rapport à la surface, = avec des ions lourds ayant une énergie, un type ionique et une dose superficielle déterminés, par exemple avec 10 1 l/cm 2 d'uranium, de plomb ou de xénon, c) traitement thermique de la couche irradiée ou maturation des germes m 6 talliques formés, jusqu'à fusion des agr 6 gats métalliques en fils métalliques, 10 par exemple à des températures comprises entre la température ambiante et 4000 C.