Synthèse et caractérisation de couches actives pour la détection de traces d'hydrocarbures lourds

Synthesis and characterisation of active layers for heavy hydrocarbons traces detection

• Auteur / Autrice : Eloi Dereeper
• Direction : Alain Billard, Pascal Briois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 02/06/2014
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRTES. LERMPS - Laboratoire d'Études et de Recherches sur les Matériaux- les Procédés et les Surfaces / IRTES - LERMPS
• Jury : Président / Présidente : Rose-Noëlle Vannier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Billard, Pascal Briois, Rose-Noëlle Vannier, Samuel Georges, Jean-François Pierson, Jean-Paul Viricelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Georges, Jean-François Pierson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocarbures

Couches minces

Pulvérisation cathodique

Mots clés libres

BITAVOX

Capteur potentiométrique

Films minces

PVD

BITAVOX

Potentiometric sensor

Thin films

PVD

Résumé

Les capteurs de gaz électrochimiques sont l’un des moyens les plus directs pour convertir la composition chimique d’un gaz en signal électrique mesurable. A ce titre, ils ont été largement étudiés et font aujourd’hui partie des solutions de détection les plus courantes. Toutefois, ils sont souvent basés sur un électrolyte YSZ, ce qui implique des températures de travail élevées (600°C).Afin de pouvoir réaliser une cellule de capteur fonctionnant à plus basse température (300°C), les conditions de dépôt des électrolytes Bi4V2O11 et BITAVOX (Bi2TaxV1-xO5,5) par pulvérisation cathodique magnétron en conditions réactives (PVD) ont été étudiées. L’impact de l’épaisseur des films ainsi que celui du taux de substitution du vanadium par le tantale sur les propriétés structurale et de conduction ont été déterminés.Par la suite, deux types de cellules ont été réalisés en déposant des électrodes à la surface de l’électrolyte par PVD. Le premier utilise des électrodes de platine dense et de nanofils de LASCO (La1-x-yAgxSryCoO3). Néanmoins, le comportement de ce capteur aux plus basses températures est assez complexe. Aussi, des électrodes de platine et d’or ont ensuite été étudiées, amenant à une réponse plus simple et apparaissant dès 200°C.

Electrochemical sensors are one of the most direct ways to convert the chemical composition of a gas into measurable electric signals. As such, they have been widely investigated and are now one of the most common detection solutions. However, they are often based on YSZ electrolyte, which implies high working temperatures (600°C).In order to build a sensor cell which could operate at lower temperature (300°C), deposition parameters of Bi4V2O11 and BITAVOX (Bi2TaxV1-xO5.5) electrolytes by the mean of reactive magnetron sputtering (PVD) were investigated. The impact of film thickness and that of tantalum substitution rate on the V site on structural and conduction properties were determined.Then, two different kinds of cells were realised by depositing electrodes onto the electrolyte surface. The first one used dense platinum and LASCO (La1-x-yAgxSryCoO3) nanowires electrodes. Nevertheless, this sensor exhibited a rather complex behaviour at lowest temperatures. Then, gold and platinum electrodes were investigated, which led to a more simple response of the sensor. Furthermore, this response started at 200°C.