Amélioration du procédé de fabrication des couches hybrides d'oxyde metallique et de nanomatériaux pour la quantification du formaldéhyde - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Improvement of the manufacturing process of hybrid layers of metal oxide and nanomaterials for the quantification of formaldehyde

Amélioration du procédé de fabrication des couches hybrides d'oxyde metallique et de nanomatériaux pour la quantification du formaldéhyde

Résumé

In this work we interested in the development and characterization of binary materials with n-type conductivity TiO2 and SnO2 for gas sensor applications. We have chosen these materials because of their availability and their structural, morphological, optical and electrical characteristics, which are suitable for gas sensor applications. TiO2 and SnO2 thin layers have been deposited by spray pyrolysis in ambient air. Using the classical method, we studied the effect of certain factors on TiO2 and SnO2 physicochemical properties. The samples were analyzed using various techniques such as XRD, Raman, EDS, SEM, UV-Visible and the two-tip method. The results of these studies showed that the SnO2 and TiO2 thin films are well crystallized in anatase and rutile phases respectively, with preferential orientations along the (101) and (110) planes. Raman spectroscopy confirmed the purity of these materials by the presence of peaks characteristics of these phases, while UV- Visible was proved the semiconducting properties of SnO2 and TiO2. The L9 Taguchi table method was used to optimize the number of experiments in order to determine the right processing conditions leading to the best properties of TiO2 and SnO2 in thin films. The results of the Taguchi method showed a significant improvement in the SnO2 and TiO2 properties compared with the conventional method. Our gas sensors prepared on the basis of TiO2, SnO2 and Ti⁴⁺ doped SnO2 thin films respond to NO2 at room temperature, and the SnO2-based sensors respond better than TiO2 to this gas. The sensor made from a thin layer of SnO2 doped with 5% Ti⁴⁺ and operated at 200°C had the highest sensitivities to the low concentrations of H2S.
Dans ce travail nous nous intéressons à l’élaboration et à la caractérisation des matériaux binaires avec une conductivité de type n TiO2 et SnO2 pour les applications en capteurs de gaz. Nous avons choisi ces matériaux en raison de leurs disponibilités et leurs caractéristiques structurales, morphologiques, optiques et électriques appropriées à la détection de gaz. Des couches minces de TiO2 et SnO2 ont été déposées par la technique Spray pyrolysis dans l’air ambiant. Par la méthode classique, nous avons étudié l’effet de certains facteurs sur les propriétés physico-chimiques de TiO2 et SnO2. Les échantillons réalisés ont été analysés par différentes techniques telles que la Diffraction des Rayons X (DRX), la spectroscopie Raman, la spectroscopie à rayon X à dispersion d’énergie (EDS), le Microscopie Electronique à Balayage (MEB), l’UV-Visible spectrophotomètre et la méthode de deux pointes. Les résultats de ces études ont montré que les couches minces de TiO2 et SnO2 sont bien cristallisées respectivement en phase anatase et rutile, avec des orientations préférentielles suivant les plans (101) et (110). La spectroscopie Raman confirme la pureté de ces matériaux par la présence des pics caractéristiques de ces phases, et l’UV-Visible a prouvé les propriétés semiconductrices de TiO2, et SnO2. La méthode de Taguchi avec une table L9 a été bien utilisée afin d’optimiser le nombre d’expériences pour déterminer les bonnes conditions d’élaboration conduisant aux meilleures propriétés de TiO2 et SnO2 en couches minces. Les résultats de la méthode Taguchi ont montré une grande amélioration des propriétés SnO2 et TiO2 comparées à la méthode classique. Les couches élaborées ont été caractérisées sous deux gaz polluants : NO2 et H2S. Nos couches minces de TiO2, SnO2 et SnO2 dopé Ti⁴⁺ répondent au NO2 à la température ambiante, et les capteurs à base de SnO2 répondent mieux que le TiO2 à ce gaz. Le capteur fabriqué à base de couche mince de SnO2 dopé à 5% de Ti⁴⁺ et opéré à 200°C a les plus hautes sensibilités aux petites concentrations de H2S utilisées.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04513272 , version 1 (20-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04513272 , version 1

Citer

Youssef Doubi. Amélioration du procédé de fabrication des couches hybrides d'oxyde metallique et de nanomatériaux pour la quantification du formaldéhyde. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Lorraine; Université Hassan II (Casablanca, Maroc), 2023. Français. ⟨NNT : 2023LORR0317⟩. ⟨tel-04513272⟩
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