Étude comparée de réactions d'oxydation organique-métal, organique-supraconducteur et minéral-supraconducteur : caractérisation des propriétés physiques des composites issus de ces réactions

Effect of oxidation reactions on physical properties of organic-metal, organic-superconductor and mineral-superconductor composites

• Auteur / Autrice : Ahmed Mammou
• Direction : André Brau, Jean-Pierre Farges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Nice
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Farges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Azéma, M.-G. Médici
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marcel Ausloos, Serge Flandrois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hystérésis

Thermistances

Chaleur spécifique

Supraconductivité

Percolation (physique statistique)

Conductivité thermique

Composites

Oxydation

Transfert de charge

Mots clés libres

Chimie

Chimie minérale et origine de la vie

Baryum oxyde

Cuivre oxyde

Yttrium oxyde

Supraconducteur haute température

Composé transfert charge

Benzoquinodiméthane (tetracyano)

Résumé

Grâce à un fort pouvoir accepteur d'électrons, la molécule organique de TCNQ (tétracynoquinodiméthane) peut mettre en jeu une réaction de transfert de charge avec divers donneurs d'électron organiques ou minéraux. Dans ce travail nous nous intéressons à l'interaction de TCNQ sur le cuivre puis sur un supraconducteur à haute température critique Tc (R=0) à base de cuivre (YBa#2Cu#3O#7#-#δ). Nous complétons cette étude par l'étude de l'interaction de CuO sur YBa#2Cu#3O#7#-#δ, le monoxyde de cuivre étant susceptible de jouer un rôle analogue à celui de TCNQ. Nous montrons que la réaction de transfert de charge entre TCNQ et le cuivre se fait avec un rendement proche de 100% si la dimension moyenne des grains de cuivre est inférieure à 7μm. Les composites formés possèdent des propriétés électriques particulières. Leurs caractéristiques I(V) en courant continu, à l'équilibre thermique, sont semblables à celles des thermistances. Ce pendant un phénomène d'hystérésis observable pour les fortes concentrations en cuivre. Ce comportement paraît lié à la présence de TCNQ#2#-. L'action de TCNQ sur YBa#2Cu#3O#7#-#δ sous forme massive ou sous forme de couches minces provoque une augmentation de Tc, de la densité du courant critique, ainsi qu'une diminution de la largeur de la transition. Cette action est plus marquée si le déficit en oxygène δ est important. TCNQ grâce à son fort pouvoir électrophile semble jouer un rôle comparable à celui de l'oxygène en agissant sur la valence moyenne du cuivre. L'action du CuO sur YBa#2Cu#3O#7#-#δ montre que l'adjonction de CuO en faible quantité améliore les propriétés électriques dans l'état normal et dans l'état supraconducteur. Les meilleurs résultats sont obtenus pour un mélange contenant 5% de CuO et 95% d’YBa#2Cu#3O#7#-#δ. La présence de CuO semble optimiser le recuit et le taux d'oxygénation du supraconducteur. Pour les fortes concentrations en CuO les mélanges ont un comportement percolatif, dans l'état normal et dans l'état supraconducteur, décrit par le modèle de la percolation continue ou « Swiss cheese model »

Owing its strong electron acceptor character, the organic molecule: tetracyanoquinodimethane (TCNQ) can make various charge transfer reactions with organics or minerals donors. In this work we are interested first in the study of two interactions: TCNQ versus copper and TCNQ versus high-Tc superconducting oxide YBa#2Cu#3O#7#-#δ. In complement, however, we also consider another interaction: CuO versus YBa#2Cu#3O#7#-#δ, in which copper oxide plays a role similar to TCNQ. We show that the yield of the charge-transfer reaction between TCNQ and copper is nearly 100% if the size of copper particles is equal or less than 7μm. The resulting composite: Cu/TCNQ gains some specific electrical properties: for instance, highly non-linear current-voltage (I-V) curves, characteristic of thermistor-effect, present a hysteresis which is larger at high copper concentrations. This effect is probably in relation with the formation of TCNQ#2#- dianon. The effect of TCNQ on YBa#2Cu#3O#7#-#δ, either on bulk material or on thin films, is to increase somewhat the critical tempertaure Tc and the critical current density Jc. This effect seems to be related to a change in the mean valence of copper ions, TCNQ seeming then to have a role similar to oxygen in YBa#2Cu#3O#7#-#δ. The interaction between CuO and YBa#2Cu#3O#7#-#δ shows that a small amount of CuO in YBa#2Cu#3O#7#-#δ/CuO composites improves slightly electric properties both in the superconductor and in the normal states. For an excess of CuO of 5% in the mixtures, we observe a maximum for the electric conductivity s, for Tc and for Jc. At high CuO concentrations, the composites behave like binary random mixtures: s and Jc obey to a percolation process and they are rather well described by the « continuum percolation model » (Swiss-cheess model »)