Verres de chalcogénures dopés au sodium : variété chimique et topologique et relation avec les propriétés de transport

Sodium-doped chalcogenide glasses : chemical and topological variety and relationship to transport properties

• Auteur / Autrice : Tinehinane Bounazef Legenne
• Direction : Eugène Bychkov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie de l'atmosphère (Dunkerque, Nord) - Laboratoire de Physico-Chimie de l'Atmosphère
• Partenaire(s) de recherche : financeur : Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Jury : Président / Présidente : Annie Pradel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Lecoq, Laurent Cormier, Mohammad Kassem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Lecoq, Laurent Cormier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons -- Diffraction

Conduction électrique

Conductivité thermique

Verres de chalcogénures

Mots clés libres

Verres de chalcogénures

Conductivité

Propriétés macroscopiques

Domaine de percolation critique

Structure de verres

Spectroscopie Raman

Diffusion de neutron

Chalcogenide glasses

Conductivity

Macroscopic properties

Critical percolation domain

Glass structure

Raman spectroscopy

Neutron scattering

Résumé

Les verres/vitrocéramiques de chalcogénures dopés avec des ions sodium Na+ ou lithium Li+ sont très prometteurs pour l’application en tant qu’électrolytes solides dans les batteries ‘tout-solide’. Ils présentent une conductivité ionique appropriée, cependant, la question se pose de la relation entre le transport ionique dans ces systèmes et leur structure correspondante. Dans le cadre de ces travaux, nous avons opté pour l'étude des verres de chalcogénures dopés avec le précurseur de sulfure de sodium Na₂S et pour trois matrices différentes Ga₂S₃, GeS₂ et As₂S₃. Les systèmes étudiés sont (a) le quasi-binaire à base de gallium (Na₂S)x(Ga₂S₃)₁-ₓ, (b) le quasi-binaire à base de germanium (Na₂S)x(GeS₂)₁-ₓ, (c) le quasi-binaire à base de l’arsenic (Na₂S)x(As₂S₃)₁-ₓ et enfin (d) le pseudo- ternaire (Na₂S)x(GeS₂) ₀.₅-ₓ ̷ ₂(As₂S₃)₀.₅-ₓ ̷ ₂. Leur domaine vitreux est déterminé par diffraction des rayons X, l’évolution de leurs propriétés macroscopiques et thermiques a été mesurée en fonction de la composition de ces verres. Afin de comprendre les mécanismes de conduction mis en jeu et déchiffrer les relations composition/structure/propriété, des études structurales ont été menées. Des mesures par spectroscopie Raman, par diffraction de neutrons, ainsi que des modélisations RMC/DFT et AIMD ont été réalisées.

The chalcogenide glasses and glass/ceramics doped with sodium Na+ or lithium Li+ ions are very promising for application in all solid-state rechargeable batteries. They are characterised by a high ionic conductivity at room temperature. However, the question arises as to the relationship between ion transport in such systems and their corresponding structure. Within the framework of this work, we have opted for the study of chalcogenide glasses doped with the sodium sulphide precursor Na₂S and for three different matrixes Ga₂S₃, GeS₂ and As₂S₃. The systems studied are (a) the gallium-based quasi-binary (Na₂S) x(Ga₂S₃)₁-ₓ, (b) the germanium-based quasi-binary (Na₂S)x(GeS₂)₁-ₓ, (c) the arsenic-based quasi-binary (Na₂S)x(As₂S₃)₁-ₓ and finally (d) the pseudo ternary (Na₂S)x(GeS₂) ₀.₅-ₓ ̷ ₂(As₂S₃)₀.₅-ₓ ̷ ₂. The vitreous domain of various systems is determined by X-ray diffraction and the evolution of their macroscopic and thermal properties were studied as a function of their composition.In order to understand the conduction mechanisms involved and to decipher the relations composition/structure/property, structural studies are carried out. Measurements using Raman spectroscopy, neutron diffraction, as well as RMC/DFT and AIMD modelling were performed.