Thèse soutenue

Synthèse, caractérisations et applications des matériaux oxydes à base de CaCu3Ti4O12

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Auteur / Autrice : Sara Kawrani
Direction : David-Jacques CornuMadona BoulosMikhael Bechelany
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
Date : Soutenance le 16/12/2019
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : Marc Cretin
Examinateurs / Examinatrices : David-Jacques Cornu, Madona Boulos, Mikhael Bechelany, Marc Cretin, Lionel Presmanes, Mirvat Zakhour, Bérangère Toury-Pierre
Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Presmanes, Mirvat Zakhour

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les oxydes de type pérovskites présentent différentes propriétés selon leur structure et leur composition chimique. Les principales pérovskites étudiées, BaTiO3 et YBa2Cu3O7, possèdent d’intéressantes propriétés ferroélectriques et supraconductrices. Une des limitations de ce type d’oxydes est la transition de phase à haute température qui peut modifier leurs propriétés. Le matériau CaCu3Ti4O12 (CCTO) est un oxyde connu comme double perovskite (ABO3) à structure cubique, qui a été étudié ces dernières années en tant que matériau diélectrique de permittivité élevée. De plus, CCTO subit une transition magnétique à antiferromagnétique au-dessous de la température de Néel (TN=25K). Les propriétés du matériau CCTO sont fortement dépendantes de sa structure et offrent des possibilités d’applications photoélectrochimiques. D'un autre côté, les nanofeuillets de nitrure de bore (h-BN) et d’oxyde de graphène (GO) sont des matériaux 2D présentant des propriétés très intéressantes.Dans le cadre de ce travail, des matériaux composites à base de CCTO et de nanofeuillets de nitrure de bore et d’oxyde de graphène ont été synthétisés et étudiés. Les céramiques composites CCTO/GO et CCTO/h-BN ont été synthétisées par réaction solide-solide. Les différentes propriétés photoélectrochimiques, diélectriques, et magnétiques ont été caractérisées. L’addition de 3% de h-BN aboutit à l’incorporation des atomes du bore et d’azote dans le réseau cristallin du CCTO et forme les liaisons Ti-B-O et Ti-N-O, et génère des lacunes d’oxygène à la surface, ce qui améliore la génération de porteurs de charges. La génération de porteurs de charges est augmentée en 50% par rapport au CCTO pur, après l’addition de 3% de GO, due à l’oxydation de GO à haute température qui réduit Ti4+ et Cu2+ en site actifs Ti3+ et Cu+ respectivement. Les propriétés magnétiques du CCTO avec 6% de nanofeuillets ont été étudiées, et ont montré que la température Néel n’était pas modifiée. Enfin, un polissage est effectué à la surface des céramiques pour étudier leurs propriétés diélectriques. Les résultats montrent des valeurs de permittivité plus basse que celles décrites dans la littérature. En conclusion, ces travaux ont démontré que l’incorporation des nanofeuillets 2D n’affecte pas les propriétés diélectriques et magnétiques, mais améliore considérablement les propriétés photoélectrochimiques du CCTO.