Study of ferroelectric materials (ceramics and thin layers based on alkali earth elements) and of ferroelectric-catalytic multilayers for gas sensors
Etude des matériaux ferroélectriques (céramiques et couches minces à base de niobates alcalino-terreux)et multicouches ferroélectriques-catalytiques pour capteur gaz
Résumé
This work deals with elaboration of ferroelectric and catalytic materials in form of powders, ceramics or thin films, for electronic and gas sensor applications. In a first step, a solid solution Sr, ^Ca-^KN^O^ (0 < X < 0.5) was synthesized by classical solid state reaction, and by a specific coprecipitation technique. In a second step, other TTB ferroelectrics phases belonging to the series BajANb50|S with (A = Na, K and Li) and Ba Na LixNb5O|; (0 < x < 1.2) were synthesized using first a classical solid state route (at 1100QC) and, secondly, a mechanosynthesis approach. The TTB phases, first prepared at room temperature via mechanosynthesis, were then heated at 800°C: X-ray diffraction showed that these phases were highly crystallized and that such synthesis required heating temperature lower than that required by solid state reaction (1100°C). Modifications of ferroelectric behavior close to Curie temperature were observed for samples prepared via sol ge! route. In a third step, thin films of Ba3NaNb5Oi; (BNN) phase and of BiJ2;Lao 75^1^0^ (BLT) phase were deposited on various types of substrates. Finally, a preliminary study of ferroelectric / catalytic multilayers was carried out. Ruthenium dioxide Ru02 was used as a catalyst for methane conversion into CO;. Thin films of ruthenium dioxide were deposited by spin coating process, on various substrates initially covered with Pt, SrBi2Ta209 (SET), Ba2NaNb;O|; (BNN) layers. Using FT1R spectroscopy and specific catalytic cell converting CH4 into CO2, RuC>2 layers exhibited variable conversion capacity. RuO2 films deposited on BNN layers seemed to present improved calalytic efficiency.
Ce travail concerne la synthèse et la caractérisation de composés ferroélectriques élaborés sous formes de poudres, de céramiques et de couches minces. Dans une première partie, une solution solide limite S^-nCa^KNosO^ (0 < x < 0,5) a été mise en évidence et élaborée par deux voies de synthèse : la voie de réaction à l'état solide et la méthode de coprccipilation. D'autres composés de la même famiJle ont été obtenus par réaction à l'état solide et par mécanosyn thèse : il y a en particulier l'oxyde Ba2 ANbsOi 5 (A = Na, K et Li) ainsi que la nouvelle solution solide limite Baiî.^jNa^n-iiLi^NljsO]; (0 < x < 1,2). Tous ces composés ont été obtenus par méeanosynthèse à température ambiante. Des couches minces des oxydes Ba2NaNbsO|5 (BNN) de structure TTB et de BisjsLao^sTîjOn (BLT) appartenant aux phases d'Aurîvillius ont également été déposés sur différents types de substrats. Enfin, une étude préliminaire d'empilements multîcouches ferroéleclriques/catalytiques a été initiée et permet d'envisager de nouvelles applications dans le domaine des capteurs de gaz. Des couches minces de dioxyde de ruthénium ont été déposées sur des substrats de silicium et sur les couches ferroéleclriques de BNN. L'activité catalytique de l'oxyde RuO2 et son couplage avec la couche ferroélectrique vis-à-vis du méthane CfU ont été suivis par spectroscopie infrarouge à température variable.