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Salek, Guillaume. Elaboration et caractérisation de films minces absorbants de lumière à partir de dispersions colloïdales de nanoparticules d'oxydes Mn3-xCoxO4(0≤x≤3)et Cu2O

Salek, Guillaume (2013). Elaboration et caractérisation de films minces absorbants de lumière à partir de dispersions colloïdales de nanoparticules d'oxydes Mn3-xCoxO4(0≤x≤3)et Cu2O.

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Résumé en francais

Ce travail de thèse a porté sur l'élaboration de nanoparticules d'oxydes de compositions variables, par précipitation à basse température qui, après mise en suspension sans dispersant ou surfactant, permet l'obtention de films minces par dip-coating. Ces oxydes de métaux de transition semi-conducteurs absorbants de lumière présentent un intérêt pour des applications dans les domaines de la (photo)-catalyse et du photovoltaïque. Après une revue détaillée des résultats bibliographiques et une seconde partie dédiée aux techniques de caractérisation utilisées, une étude spécifique et minutieuse a été menée sur l'influence des paramètres de précipitation (température, pH, etc) pour la formation de nanoparticules de Mn3O4. A partir des résultats obtenus, la synthèse des nanoparticules a été étendue aux composés issus de la solution solide Mn3-xCoxO4 (0<x<3), CoOOH et de Cu2O et a permis l'obtention de nanoparticules de 20 à 100 nm. Les caractérisations structurales, microstructurales et stabilités thermiques des poudres synthétisées par notre méthode originale ont été systématiquement réalisées. Dans une quatrième partie, une étude des propriétés physico-chimiques des particules en solution a permis l'élaboration de dispersions colloïdales d'oxydes purs stabilisées sans ajout de composé organique complexe, le tout à température ambiante. Des dispersions colloïdales en milieu éthanoïque constituées de particules de tailles variant entre 45 et 200 nm ont été obtenues pour la mise en forme de couches minces d'épaisseurs proche de 300 nm par trempage-retrait (dip-coating). Une étude des propriétés physico-chimiques des nanoparticules en solution a permis de corréler les propriétés des dispersions aux caractéristiques (homogénéité, porosité, etc) des couches minces. Enfin, les propriétés d'absorbance de lumière des couches minces ainsi préparées, mesurées sur une large gamme de longueurs d'ondes du domaine spectral UV-Visible, montrent une large étendue d'utilisations dans de multiples domaines d'applications, notamment la (photo)-catalyse et le photovoltaïque, où les valeurs des gaps optiques directs obtenus sont inférieurs à 2 eV. La présence de cobalt dans les manganites génèrent systématiquement un deuxième gap associé à un second seuil d'absorption proche de 700 nm. Les propriétés catalytiques de Co3O4 ont été caractérisées. Ce composé, préparé par notre technique de synthèse, permet non seulement de convertir le monoxyde de carbone à basse température mais présente aussi, à ce jour, le meilleur rendement jamais rapporté pour la conversion du propane. Par ailleurs, les propriétés de tenue mécanique de couches minces d'oxydes mixtes à base de Mn et Co de type spinelle déposées sur substrat d'acier ont été étudiées en température. Les couches sont compactes et homogènes et retardent l'oxydation du substrat.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Guillemet-Fritsch, Sophie
Tenailleau, Christophe
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :Précipitation - Nanoparticules - Polycondensation inorganique - Dispersion colloïdale - Couche mince - Oxyde - Mn3-xCoxO4 - Spinelle - Cu2O - Cuprite - Absorbance solaire - Catalyse hétérogène
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :01 Jun 2015 14:44