De l'étude des solvants eutectiques profonds par spectrométrie de masse à leur utilisation dans des antennes-capteurs bio-inspirées

From the study of deep eutectic solvents by mass spectrometry to their application in bio-inspired antenna sensors

• Auteur / Autrice : Émilie Bertrand
• Direction : David Rondeau, Mohammed Himdi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 10/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Katia Grenier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Paquin, Anthony Memboeuf, Jérôme Rossignol, Xavier Castel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katia Grenier, Denis Lesage

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de produits chimiques

Ionisation

Spectrométrie de masse

Solvants

Eutectiques

Mots clés libres

Solvants eutectiques profonds

Spectrométrie de masse

Mass Kinetics

Ionisation Cold-Spray

Capteurs chimiques

Transduction microondes

Deep eutectic solvents

Mass spectrometry

Mass Kinetics

Cold-Spray ionization

Chemical sensors

Microwave transduction

Résumé

L’objectif de cette thèse concerne la conception, la fabrication et la caractérisation de capteurs de gaz communicants utilisant une couche sensible liquide originale à base de solvants eutectiques profonds (DES). Ce sont de nouveaux solvants émergents capables d’absorber des composés gazeux tels que le chlorure d’hydrogène. Dans un premier temps, une étude préliminaire par spectrométrie de masse a été conduite afin de développer une méthode de caractérisation fiable et robuste des DES. Ces travaux théoriques d’évaluation des énergies internes des ions en spectrométrie de masse, à l’aide du logiciel MassKinetics, ont montré que le mode d’ionisation cold-spray est une méthode de choix pour la caractérisation des DES. De ce fait, la spectrométrie de masse par ionisation cold-spray permet une approximation des structures moléculaires des DES et de DES naturels. Dans un second temps, une fois la structure de ces composés identifiée, leurs performances en tant que couche sensible au chlorure d’hydrogène d’un capteur hyperfréquence ont été évaluées. Ces travaux ont montré que l’interaction du chlorure d’hydrogène avec les DES conduit à une modification de leurs caractéristiques diélectriques et donc du signal transmis au transducteur. La réversibilité des dispositifs développés, sous l’action d’un chauffage, a également été démontrée. A partir de l’extraction des caractéristiques diélectriques des DES, la mise en application d’un système plus complexe tel qu’une antenne imprimée a été envisagée et présente de bons résultats.

The objective of this work concerns the design, the fabrication and the characterization of microwave gas sensors using an original liquid-sensitive layer based on deep eutectic solvents (DES). These are new emerging solvents able to absorb gaseous compounds such as hydrogen chloride. A preliminary study by mass spectrometry was conducted to develop a reliable and robust method of characterization of DES. By doing theoretical calculation to evaluate the internal energy of ions in mass spectrometry using the software “MassKinetics” which showed that the cold-spray ionization mode is a method of choice for the characterization of DES. In this way, the cold-spray ionization mass spectrometry allows an approximation of the molecular structure of DES and NaDES. In a second step, after identification of the compound structure, DES performance as sensitive layers to hydrogen chloride for microwave sensors was assessed. The study shows that interaction between hydrogen chloride and DES leads to a modification of the DES dielectric characteristics and thus of the transmitted signal to the transducer. The reversibility of the developed devices by heating was demonstrated. After retrieving DES dielectric characteristics, a more complex system such as a printed antenna was implemented and exhibited good results.