Influence des ions sulfates sur la physico-chimie d'oxydes de fer type perovskite

Influence of sulfates ions on the physical and chemical properties of perovskite type iron oxides

• Auteur / Autrice : Bruno Gonano
• Direction : Yohann Bréard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 14/09/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Wilfrid Prellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yohann Bréard, Franck Tessier, Christophe Payen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Tessier, Christophe Payen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures diélectriques

Structure magnétique

Diffraction

Microscopie électronique en transmission

Spectroscopie infrarouge

Cristallographie

Oxydes de fer

Sulfates

Mots clés libres

Structure cristalline

Transport électronique

Iron oxides

Crystal structure

Infrared spectroscopy

Transmission electron microscopy

Magnetic structure

Electronic transport

Résumé

Au cours de cette étude, nous avons montré que dans les oxydes de fer type perovskite, les ions sulfates (SO42-) pouvaient être utilisés à escient pour apporter de l'anisotropie cristalline et électronique ou bien au contraire pour casser les mises en ordre à longue distance et provoquer l'isotropie du matériau. Ainsi, ce travail a permis d'isoler les composés bidimensionnels : Sr4Fe2.5-x□xO7.25-(3x/2)(SO4)0.5 (avec x=0, 0.25 et 0.5). Ils peuvent être décrits comme une intercroissance SrO/SrFeO2,5/SrFe0,5-x□xO1,25-(3x/2)(SO4)0,5/SrFeO2,5 et cristallisent dans une maille moyenne quadratique I4/mmm (a=ap et c≈29 Å). Les tétraèdres de sulfates non-pontés se présentent de façon transversale par rapport à c ⃗ pour x=0,5 et longitudinale pour x=0 et 0,25 parce que pontés aux pyramides de fer de la couche partagée. Les atomes de fer des couches non-mixtes SrFeO2,5 se situent eux en coordinence pyramidale pour x=0 et pyramidale et octaédrique pour x=0.5 et x=0.25 afin de respecter la trivalence du fer. Quel que soit x, les composés sont antiferromagnétiques de type G (les spins se situant dans le plan (a,b)). Cependant, pour x=0,5, deux configurations magnétiques sont observées, tandis que les composés x=0 et x=0.25 n'en montrent qu'une seule. Dans le composé Sr4Fe2.5□xO7.25(SO4)0.25(CO3)0.25, l'influence des carbonates (CO32-) se ressent directement sur le paramètre d'empilement, qui est plus petit. Cela n'entraîne cependant aucun changement sensible dans les propriétés physiques. Les composés sont des semi-conducteurs présentant de fortes valeurs de résistivité électronique (de l'ordre de 106Ω.cm) et ne sont pas conducteurs ioniques.La phase ordonnée "15R" SrFe0.6Cr0.4O2.8 se désordonne lorsque l'on substitue 10% du fer par des sulfates (SrFe0.5Cr0.4O2.1(SO4)0.1) et adopte une structure pseudo-cubique. Ses propriétés physiques sont alors bouleversées puisque l'on passe d'un comportement ferromagnétique à antiferromagnétique (TN=800K). Ce composé très lacunaire en oxygène montre des défauts structuraux plus ou moins étendus et un comportement de type semi-conducteur. Aucun phénomène de conduction ionique n'est observé.

In this study, we have shown that in perovskite-type iron oxides, sulfate ions (SO42-) can be used to bring structural and electronic anisotropy, or on the contrary to break long distance ordering and cause the isotropy of the material.Thus, this work made it possible to isolate the two-dimensional compounds: Sr4Fe2.5-x□x07.25-(3x/2)(SO4)0.5 (with x = 0.25 and 0.5). They can be described as an intergrowth SrO/SrFeO2,5/SrFe0,5-x□xO1,25-(3x/2)(SO4)0.5/SrFeO2,5 and crystallize in a quadratic mean cell I4/mmm (a=ap et c≈29 Å). The unbridged sulfates tetrahedra are oriented transversely with respect to c ⃗ for x=0.5 and longitudinal for x=0 and 0.25 because bridged to the iron pyramids of the shared layer. The iron atoms of the non-mixed layers SrFeO2,5 are in pyramidal coordination for x=0 and pyramidal and octahedral coordination for x=0.5 and x=0.25, in order to respect the trivalence of iron. However, for x=0.5, two magnetic configurations are observed whereas the compounds x=0 and x=0.25 show only one. In the compound Sr4Fe2.5□xO7.25(SO4)0.25(CO3)0.25, the influence of the carbonates (CO32-) is directly felt on the stacking parameter, which is smaller. The compounds are semiconductors with high electronic resistivity values (of the order of 106Ω.cm) and are not ionic conductors.The ordered phase "15R" SrFe0.6Cr0.4O2.8 becomes disordered when 10% of the iron is substituted with sulfates (SrFe0.5Cr0.4O2.1(SO4)0.1) and adopts a pseudo-cubic structure. Its physical properties are then modified because we switch from a ferromagnetic to an antiferromagnetic behavior (TN=800K). This oxygen-deficient compound shows more or less large structural defects and a semiconductor behavior. No ionic conduction phenomenon is observed.