Synthèse et caractérisation d’oxydes métalliques ZnO au bénéfice de nouvelles stratégies d’élaboration d’absorbeurs IR

Synthesis and characterization of ZnO metallic oxides : New strategies for IR absorbers elaboration

• Auteur / Autrice : Isabelle Trenque
• Direction : Manuel Gaudon, Stéphane Mornet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 21/11/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux / ICMCB
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Gacoin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Grasset, Antoine Barnabe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Rayonnement infrarouge

Rayonnement ultraviolet

Réflectance

Gallium

Absorption

Nanoparticules

Oxydes métalliques

Mots clés libres

Vitrages intelligents

Fréquence plasma

Fonctionnalisation de Surface

Oxydes transparents conducteurs

Absorption / réflexion NIR

Cœur@écorces

ZnO dopé Ga3+

Diffusion / transparence

Smart windows

Plasma frequency

Surface functionalization

Transparent conductive oxides

NIR absorption / reflection

Core-shells

Ga3+-doped ZnO

Scattering / transparency

Résumé

L’oxyde de zinc dopé de type n est un excellent candidat pour la réalisation de films transparents et isolants thermiques grâce à ses propriétés d’absorption et de réflexion limitées aux domaines UV et IR. La synthèse en milieu polyol de particules nanostructurées d’oxyde de zinc dopé par du gallium a été utilisée afin de maîtriser la morphologie des cristallites. Il a été démontré expérimentalement et théoriquement que le maximum d’efficacité d’absorption IR est atteint pour un taux de dopant de 2,6 % molaire. Des suspensions de haute transmission dans le visible et absorption infrarouge significative ont été obtenues par l’encapsulation des particules avec un matériau fluoré d’indice de réfraction intermédiaire entre l’oxyde et le milieu dispersant, ainsi que par l’optimisation de l’état de dispersion de suspensions colloïdales grâce à l’adsorption de thioalcanes en surface des cristallites de ZnO dopés.

Thanks to its absorption / reflexion properties limited to the UV and the IR range, n-doped zinc oxide is a promising candidate for the elaboration of transparent and insulating films in smart windows. Nanostructured particles of Ga-doped zinc oxide were elaborated by polyol process. Polyol process was used in order to control the size and the morphology of the particles. Both experimental and theoretical data show that a maximum of IR absorption efficiency is obtained for a doping rate of 2.6 molar percent. Colloidal suspensions with high transmission in the visible range combined with significant absorption of the near infrared range were obtained using two strategies. The first one is the encapsulation of the Ga-doped ZnO particles by a fluoride shells with an intermediate refractive index between ZnO and the dispersion medium. The second one is the optimization of the dispersion state of nano-colloidal suspensions thanks to the adsorption of thioalkanes on the Ga-doped ZnO crystallite surfaces.