Recherche Avancée

Thèse soutenue

Nouveaux matériaux pour capteurs chimiques de gaz dans les systèmes Ga-O-N et Ta-O-N : Synthèse, caractérisation et mise en forme (couches épaisses, couches minces). Application à la détection de gaz toxiques et explosifs

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Auteur / Autrice : Marie Kerlau
Direction : Odile Merdrignac
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Rennes 1

Résumé

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Ce travail a été consacré à la réalisation de nouveaux capteurs chimiques de gaz à base d'(oxy)nitrures dans les systèmes Ga-O-N et Ta-O-N. Dans un premier temps, nous avons réalisé la synthèse des matériaux. Les composés GaN, TaON et Ta3N5 ont été obtenus directement par chauffage sous courant d'ammoniac des oxydes commerciaux. Deux procédés de chimie douce ont été mis en œuvre et ont permis d'élaborer des poudres d'oxydes précurseurs de "GaON" et TaON plus réactives vis-à-vis de la nitruration que les précurseurs commerciaux. Dans un second temps, la technologie de sérigraphie en couches épaisses a été utilisée pour la mise en forme des quatre composés "GaON", GaN, TaON et Ta3N5. Parallèlement, la préparation de couches minces de composés purs TaON et Ta3N5 a été réalisée par nitruration ex situ de films de Ta2O5 déposés par ablation laser. Les caractérisations électriques des capteurs (couches épaisses) ont mis en évidence leur aptitude à détecter le monoxyde de carbone (CO) ainsi que plusieurs familles de gaz telles les hydrocarbures (C3H8), les alcools (C2H5OH) et les aldéhydes (C2H5CHO). Le comportement des capteurs en présence de différentes concentrations d'oxygène et de vapeur d'eau a été étudié dans le but de déterminer le rôle fondamental de ces deux constituants de l'air lors de la détection. Une étude de l'influence de différents paramètres tels la température de travail, l'épaisseur des couches sensibles ou encore la microstructure des matériaux, sur les performances des capteurs lors de l'exposition à plusieurs gaz, a été réalisée. Il a ainsi été démontré que les propriétés de détection des capteurs pouvaient être optimisées en contrôlant ces divers paramètres. Les caractérisations électriques des couches minces de TaON et Ta3N5, bien que préliminaires, sont très prometteuses puisqu'elles mettent en avant le potentiel de ces films comme capteurs chimiques de gaz. La détermination des espèces gazeuses issues de la réaction entre le propane et "GaON", par des mesures de désorption programmée en température couplées à la spectrométrie de masse, nous ont permis de proposer un mécanisme de détection du propane.