Conception et réalisation d’un système de détection de gaz à faible coût sur substrat flexible

Design and implementation of a low cost gas sensor on flexible substrate

• Auteur / Autrice : Rouba Alrammouz
• Direction : Brice Sorli, Roland Habchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 12/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec École doctorale des Sciences et de Technologie (Beyrouth)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Youssef Zaatar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brice Sorli, Roland Habchi, Youssef Zaatar, Hélène Debeda, Wehbeh Farah, Jean Podlecki, Pascale Abboud, Rodolphe Vauzelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Debeda, Wehbeh Farah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de gaz

Oxyde de graphène

Mots clés libres

Capteurs de gaz

Oxyde de graphène

Papier poreux

Capteurs capacitifs

Technologie substrat souple

Gas sensors

Graphene oxide

Porous paper

Capacitive sensors

Flexible substrate technology

Résumé

Les préoccupations actuelles de protection de l’environnement et de la santé publique se focalisent sur la qualité de l’air dans l’industrie, les villes et foyers domestiques. De nos jours, les capteurs de gaz sur papier présentent un intérêt croissant au vu de leur faible coût, leur biodégradabilité, leur flexibilité, et leurs applications dans les textiles, les pansements et les emballages intelligents.L’oxyde de graphène (GO) est un dérivé du graphène qui présente des propriétés électriques, mécaniques et thermiques exceptionnelles. Ce matériau est très prometteur pour le développement de capteurs de gaz peu chers et fonctionnant à température ambiante. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif d’intégrer une couche sensible d’oxyde de graphène dans un papier poreux pour la détection de gaz. La première partie de ce travail est consacrée à la mise au point et à l’optimisation d’un processus de fabrication et de fonctionnalisation de capteurs capacitifs poreux sur papier. Un nouveau processus de réduction locale d’oxyde de graphène sur papier en électrodes est également introduit. Il s’agit de la thermocompression, économique et compatible avec la fabrication grande échelle.La seconde partie du travail porte sur l’étude des propriétés de détection d’humidité et d’ammoniac des capteurs. L’oxyde de graphène sur papier, présente une sensibilité élevée à l’ammoniac, l’humidité étant un gaz interférent. La réduction locale du GO en électrodes, et sa fonctionnalisation par de l’oxyde de zinc augmentent la sensibilité et la sélectivité des capteurs à l’humidité. Les capteurs fabriqués sont répétables, stables, reproductibles et flexibles.

Current concerns for environmental protection and public health focus on air quality in industries, cities and households. Nowadays, paper-based gas sensors are of increasing interest due to their low cost, biodegradability, flexibility and applications in e-textiles, e-dressings and e-packaging.Graphene oxide is a derivative of graphene with exceptional electrical, mechanical and thermal properties. Graphène oxide is a promising material for the development of low-cost room temperature gas sensors.In this context, this thesis aims to integrate a graphene oxide sensing layer inside a porous paper substrate for humidity and ammonia detection. The first part of this work focuses on the fabrication, functionalization and optimization of capacitive porous gas sensors on paper. A new local reduction process of graphene oxide into electrodes is introduced. The process is hot-plating, a low cost technique compatible with large scale productionThe second part of this work studies the humidity and ammonia sensing capabilities of the sensors. Graphene oxide on paper exhibits a high sensitivity towards ammonia, with humidity as an interfering gas. The local reduction of graphène oxide into electrodes, and its functionalization with zinc oxide increased the sensitivity and selectivity of the device towards humidity. The fabricated sensors exhibit a good repeatability, reproducibility and flexibility.