Synthèse de titanate de lithium et de lanthane (LLTO) pour la réalisation de couches minces et épaisses : application à la réalisation de microélectrodes totalement solides pour la détection du pH

par Michaël Roffat

Thèse de doctorat en Chimie de l'état solide

Sous la direction de Odile Bohnke.

Soutenue en 2009

à Le Mans , en partenariat avec Laboratoire des oxydes et fluorures (Le Mans) (laboratoire) et de Université du Maine. UFR de sciences exactes et naturelles (Le Mans) (autre partenaire) .

mots clés

• Llto
• Titanate de lithium
• Titanate de lanthane
• Perovokite
• Matériaux céramiques
• Conduction ionique
• Capteurs (technologie)
• Microélectrodes
• pH
• Couches minces
• Couches épaisses (électronique)
• Hydroxydes
• Électrochimie

Résumé

L'enjeu de ce travail de thèse a été de réaliser des couches minces puis des couches épaisses non poreuses du titanate de lithium et de lanthane de formule Li3xLa2/3-xTiO3 (LLTO). Ce composé est l'un des meilleurs conducteurs ioniques solides connus actuellement. Sa conductivité, σ = 10-3 S cm-1 à 25 °C, est assurée essentiellement par les ions Li+. Pour ce faire, il a été nécessaire de choisir et de mettre au point une méthode de synthèse de chimie en solution afin de pouvoir réaliser des films sur un substrat approprié. La méthode EISA (Evaporation Induced Self-Assembly) a été utilisée, mais les films (250 nm) sont très poreux et pourraient trouver une application pour des capteurs de gaz. Pour l'application capteurs de pH ou électrode de référence, des films denses sont nécessaires. Pour les obtenir, le procédé DATEC a été employé. Les films sont réalisés à partir d'une solution composite formée des poudres céramiques dans une solution sol-gel des précurseurs. Des couches denses de LLTO de plusieurs microns ont pu être obtenues. Ces matériaux s'avèrent très intéressants en tant qu'électrode de référence totalement solide.

Titre traduit

Synthesis of lithium and lanthanum titanate (LLTO) for the realization of thin and thick coatings : application for the realization of all solid state microelectrodes for the pH detection

Résumé

The thesis challenge was based first on the realization of thin coatings, then of thick and no porous coatings of lithium lanthanum titanates of the series Li3xLa2/3-xTiO3 (LLTO). This oxide is a fast Li+ conductor with an ionic conductivity of σ = 10-3 S cm-1 at 25 °C. At first, a solution chemistry synthesis was chosen and developed to prepare coatings of LLTO on an appropriated wafer. The EISA (Evaporation Induced Self-Assembly) method was used, but these coatings (250 nm) are very porous and could find an application for gas sensors. For pH sensors or reference electrode applications, thick and non porous coatings are required. The DATEC process was used in this context. These films were realized with a slurry composition having ceramic powders and precursors sol-gel solution. LLTO thick coatings (10 μm) were obtained. These new materials are very interesting for an all-solid-state reference electrode.