University Sétif 1 FERHAT ABBAS Faculty of Sciences
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Auteur Khaniche, Brahim |
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Titre : Préparation et caractérisation d’un matériau d’électrode à base d’un semi-conducteur modifié par un film de polymère fonctionnalisé et contenant des particules métalliques Type de document : texte imprimé Auteurs : Khaniche, Brahim ; Zouaoui.A, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2015 Importance : 1 vol (92 f.) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Langues originales : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Chimie Mots-clés : silicium
polypyrrole
cuivre
matériau compositeIndex. décimale : 540 Chimie et sciences connexes Résumé : L'objectif de ce travail est l’élaboration et la caractérisation d’un matériau composites
de Silicium/Polypyrrole-Cuivre pour des applications en électroniques organique et en
photovoltaïques. Le film du polymère est obtenu par oxydation électrochimique du monomère
(pyrrole) en milieu organique. L'électrodéposition de cuivre a été étudiée d'abord sur carbone
vitreux pour déterminer les conditions expérimentales et puis sur le silicium.
L’incorporation de cuivre dans le film de polypyrrole a été effectuée par trempage de
l’électrode modifiée dans une solution de sel de cuivre, suivi d’une électroréduction dans une
solution aqueuse pour précipiter les ions Cu+2 sous forme des particules métalliques dans le
film de polymère.Note de contenu :
Sommaire
ITRODUCTION GENERALE ...................................................................................... 1
CHAPITRE I
GENERALITES ET DEFINITIONS
I- PRINCIPES DE L’ELETROCHIMIE DES SEMI- CONDUCTEURS ................ 3
I-1- Notion de métal, isolant et semiconducteur ............................................................... 3
a) Les métaux .................................................................................................................... 3
b) Les semiconducteurs .................................................................................................... 3
c) Les isolants ................................................................................................................... 3
I-2- Description énergétique du semiconducteur .............................................................. 3
I-3- Interface entre semiconducteur et électrolyte ........................................................... 4
I-3-1- Double couche ........................................................................................................ 5
II- LE SILICIUM ............................................................................................................ 5
II-1- Introduction .............................................................................................................. 5
II-2- Méthode de production du silicium .......................................................................... 6
II-2-1- Réduction de la silice ............................................................................................ 6
II-2-2- Purification du silicium ......................................................................................... 6
II-2-3- Principale méthode d’élaboration du silicium ....................................................... 7
II-3- Structure cristalline ................................................................................................... 7
II-4- Structure de bande .................................................................................................... 9
II-5- Les propriétés électriques ......................................................................................... 9
II-5-2- La résistivité ......................................................................................................... 9
II-7- Propriétés optiques ................................................................................................. 10
II-7-1- Coefficient d’absorption du silicium cristallin .................................................... 10
II-8- Propriétés thermodynamiques ................................................................................ 11
II-8-1- La densité ............................................................................................................ 11
II-8-2- Chaleur spécifique ............................................................................................... 11
II-8-3- Conductivité thermique ....................................................................................... 12
II-8-4- Température de fusion ......................................................................................... 12
II-9- Propriétés mécaniques ............................................................................................ 12
II-10- Le dopage du silicium .......................................................................................... 12
III- GENERALITE SUR LES POLYMERES CONDUCTEURS ........................... 13
III-1- Introduction ........................................................................................................... 13
III-2- Principaux polymères organiques conducteurs ..................................................... 14
III-2-1- Mécanisme d’électropolymérisation .................................................................. 15
III-2-2- Conductivité électrique des polymères organiques conducteurs ....................... 17
III-2-3- Théorie de la conduction dans les polymères organiques conducteurs ............. 18
III-2-4- Polypyrrole ......................................................................................................... 19
III-2-5- Méthodes de synthèse ........................................................................................ 19
III-2-5-a- Synthèse par voie chimique ............................................................................ 19
III-2-5-b- Synthèse par voie électrochimique ................................................................. 20
III-2-6- Solubilité des polypyrroles ................................................................................ 20
III-2-7- Principales applications du polypyrrole ............................................................. 20
IV- PRINCIPE DE L'ECTRODEPOSITION DES METAUX ................................ 21
IV-1- Etapes d’une réaction électrochimique ................................................................. 21
IV-1-a- Le transfert de masse ......................................................................................... 21
IV-1-b- Les réactions chimiques ..................................................................................... 22
IV-1-c- Les réactions de surface ..................................................................................... 22
IV-1-d- Le transfert de charges ....................................................................................... 22
V- MATERIAUX COMPOSITES (POLYMERE-PARTICULES
METALLIQUES) .................................................................................................... 22
V-1- Introduction ............................................................................................................ 22
V-2- Preparation d’electrodes modifiees par des films de polymere et des
microparticules ........................................................................................................ 23
V-2-1- Cas de poly (pyrrole-alkylammonium)-oxyde de ruthénium .............................. 23
V-2-1-a- Caractérisation des nanocomposites par TEM .............................................. 25
V-2-2- Cas de poly (pyrrole-alkylammonium)-Ni .......................................................... 26
V-2-2-a- Caractérisation des microcomposites par MEB ............................................ 26
VI- APPLICATIONS DES MATERIAUX COMPOSITES ..................................... 27
VI-1- La diode électroluminescente organique (OLED) ................................................ 28
VI-2- Cellule photovoltaiques organiques ...................................................................... 29
VI-2-1- Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque organique ............... 29
VI-2-2- Structures des cellules photovoltaïques organiques .......................................... 29
VI-2-2-a- Structure monocouche .................................................................................... 30
VI-2-2-b- Structure bicouche .......................................................................................... 31
VI-2-2-c- Structure à réseau interpénétré ....................................................................... 31
VI-2-2-d- Structure hybride ............................................................................................ 32
REFERENCES .............................................................................................................. 34
CHAPITRE II
METHODES ET TECHNIQUES EXPRIMENTALES
I- PRODUITS CHIMIQUES ....................................................................................... 39
I-1- Solvants et électrolyte support ................................................................................. 39
I-2- Réactifs .................................................................................................................... 39
I-3- Cellule et électrodes utilisées ................................................................................... 39
II-TECHNIQUES EXPERIMENTALES UTILISEES ............................................. 41
II-1- Voltampérométrie cyclique .................................................................................... 41
II-1-1- Principe de la méthode ........................................................................................ 41
II-1-2- Epaisseur d’une couche de polymère déposée sur électrode............................... 42
II-1-3- Expression mathématique du courant et du potentiel de pic ............................... 44
II-1-4- Critères de discrimination entre les différents systèmes et
mécanismes électrochimiques ............................................................................. 45
II-1-5- Avantages de la méthode .................................................................................... 46
II-2- Coulometrie ............................................................................................................ 46
II-2-1- Principe de la méthode ........................................................................................ 47
II-3- Spectroscopie d’impedance electrochimique ......................................................... 47
II-3-1- Principe ............................................................................................................... 48
II-3-2- Circuit de Randles ............................................................................................... 48
II-3-3- Circuit électrique équivalant à une cellule électrochimique ............................... 49
II-3-4- Application aux systèmes réels ........................................................................... 50
II-3-5- Avantages de la méthode .................................................................................... 51
II-4- Microscope electronique a balayage (MEB) .......................................................... 51
II-5- Analyse chimique par EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) .................. 51
II-6- Analyse par rayons X et identification des phases ................................................. 52
REFERENCES .............................................................................................................. 53
CHAPITRE III
ELABORATION ET CARACTERISATION DE n-Si/PPy-Cu
I- ELECTROPOLYMERISATION DU PYRROLE SUR ELECTRODE DE
CARBONE VITREUX .............................................................................................. 54
I-1- Electropolymérisation du pyrrole sur carbone vitreux ............................................ 54
I-2- Effet de la quantité d’électricité consommée sur l’épaisseur des films du
polypyrrole ............................................................................................................... 57
II- PREPARATION ET CARACTERISATION ELECTROCHIMIQUE DE
n-Si/PPy-Cu .............................................................................................................. 58
II-1- Protocole du traitement chimique de surface de Si (cas général) ........................... 59
II-2- Comportement électrochimique du substrat de n-Si .............................................. 59
II-3- Electropolymérisation de pyrrole sur n-Si par voltammétrie cyclique .................. 60
II-3-1- Influence de la vitesse de balayage ..................................................................... 62
II-4- Electropolymérisation du pyrrole par coulomértie galvanostatique ....................... 64
II-4-1- Influence du courant imposé ............................................................................... 66
II-5- Electrodéposition du polypyrrole à potentiel imposé ............................................. 68
III-TECHNIQUE DE PREPARATION D’UNE ELECTRODE MODIFIEE PAR
UN FILM DEPOLYMERE CONTENANT DES PARTICULES
METALLIQUES DE CUIVRE ............................................................................. 71
III-1- Etude électrochimique du cuivre sur une électrode de carbone vitreux ................ 72
III-2- Etude électrochimique du cuivre sur n-Si ............................................................. 74
III-3- Incorporation du Cuivre dans le film de polymère ............................................... 75
IV- CARACTERISATION PAR SPECTROSCOPIE D’IMPEDANCE DU
SILICIUM TRAITE ET DU MATERIAU COMPOSITE ................................. 76
IV-4-1- Spectroscopie d’impédance du silicium ............................................................ 76
IV-4-2- Spectroscopie d’impédance du polypyrrole déposé sur silicium ....................... 77
IV-4-3- Spectroscopie d’impédance du polypyrrole déposé sur silicium et contenant
des particules de cuivre ....................................................................................... 79
V- CARACTERISATION PHYSIQUE ...................................................................... 81
V-1- Analyse structurale de n-Si/PPy et n-Si/PPy-Cu par DRX .................................... 81
V-2- Analyse de surface de n-Si/PPy et n-Si/PPy-Cu par MEB ..................................... 82
V-2-1- Caractérisation des films de polypyrrole sur silicium ......................................... 83
V-2-2- Caractérisation du matériau composite silicium/polypyrrole-cuivre .................. 83
VI- MATERIAU COMPOSITE COMME DIODE ................................................... 86
VI-1- Définition d’une diode ........................................................................................ 86
VI-2- Caractérisation courant tension (I-V) du matériau composite....................... 87
REFERENCES .............................................................................................................. 91
CONCLUSION GENERALE ...................................................................................... 93
INTRODCôte titre : DCH/0007-0009 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1WuFZRNO8zLR_6o8eRXnPQS78MItI4QXE/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Préparation et caractérisation d’un matériau d’électrode à base d’un semi-conducteur modifié par un film de polymère fonctionnalisé et contenant des particules métalliques [texte imprimé] / Khaniche, Brahim ; Zouaoui.A, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2015 . - 1 vol (92 f.) ; 29 cm.
Langues : Français (fre) Langues originales : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Chimie Mots-clés : silicium
polypyrrole
cuivre
matériau compositeIndex. décimale : 540 Chimie et sciences connexes Résumé : L'objectif de ce travail est l’élaboration et la caractérisation d’un matériau composites
de Silicium/Polypyrrole-Cuivre pour des applications en électroniques organique et en
photovoltaïques. Le film du polymère est obtenu par oxydation électrochimique du monomère
(pyrrole) en milieu organique. L'électrodéposition de cuivre a été étudiée d'abord sur carbone
vitreux pour déterminer les conditions expérimentales et puis sur le silicium.
L’incorporation de cuivre dans le film de polypyrrole a été effectuée par trempage de
l’électrode modifiée dans une solution de sel de cuivre, suivi d’une électroréduction dans une
solution aqueuse pour précipiter les ions Cu+2 sous forme des particules métalliques dans le
film de polymère.Note de contenu :
Sommaire
ITRODUCTION GENERALE ...................................................................................... 1
CHAPITRE I
GENERALITES ET DEFINITIONS
I- PRINCIPES DE L’ELETROCHIMIE DES SEMI- CONDUCTEURS ................ 3
I-1- Notion de métal, isolant et semiconducteur ............................................................... 3
a) Les métaux .................................................................................................................... 3
b) Les semiconducteurs .................................................................................................... 3
c) Les isolants ................................................................................................................... 3
I-2- Description énergétique du semiconducteur .............................................................. 3
I-3- Interface entre semiconducteur et électrolyte ........................................................... 4
I-3-1- Double couche ........................................................................................................ 5
II- LE SILICIUM ............................................................................................................ 5
II-1- Introduction .............................................................................................................. 5
II-2- Méthode de production du silicium .......................................................................... 6
II-2-1- Réduction de la silice ............................................................................................ 6
II-2-2- Purification du silicium ......................................................................................... 6
II-2-3- Principale méthode d’élaboration du silicium ....................................................... 7
II-3- Structure cristalline ................................................................................................... 7
II-4- Structure de bande .................................................................................................... 9
II-5- Les propriétés électriques ......................................................................................... 9
II-5-2- La résistivité ......................................................................................................... 9
II-7- Propriétés optiques ................................................................................................. 10
II-7-1- Coefficient d’absorption du silicium cristallin .................................................... 10
II-8- Propriétés thermodynamiques ................................................................................ 11
II-8-1- La densité ............................................................................................................ 11
II-8-2- Chaleur spécifique ............................................................................................... 11
II-8-3- Conductivité thermique ....................................................................................... 12
II-8-4- Température de fusion ......................................................................................... 12
II-9- Propriétés mécaniques ............................................................................................ 12
II-10- Le dopage du silicium .......................................................................................... 12
III- GENERALITE SUR LES POLYMERES CONDUCTEURS ........................... 13
III-1- Introduction ........................................................................................................... 13
III-2- Principaux polymères organiques conducteurs ..................................................... 14
III-2-1- Mécanisme d’électropolymérisation .................................................................. 15
III-2-2- Conductivité électrique des polymères organiques conducteurs ....................... 17
III-2-3- Théorie de la conduction dans les polymères organiques conducteurs ............. 18
III-2-4- Polypyrrole ......................................................................................................... 19
III-2-5- Méthodes de synthèse ........................................................................................ 19
III-2-5-a- Synthèse par voie chimique ............................................................................ 19
III-2-5-b- Synthèse par voie électrochimique ................................................................. 20
III-2-6- Solubilité des polypyrroles ................................................................................ 20
III-2-7- Principales applications du polypyrrole ............................................................. 20
IV- PRINCIPE DE L'ECTRODEPOSITION DES METAUX ................................ 21
IV-1- Etapes d’une réaction électrochimique ................................................................. 21
IV-1-a- Le transfert de masse ......................................................................................... 21
IV-1-b- Les réactions chimiques ..................................................................................... 22
IV-1-c- Les réactions de surface ..................................................................................... 22
IV-1-d- Le transfert de charges ....................................................................................... 22
V- MATERIAUX COMPOSITES (POLYMERE-PARTICULES
METALLIQUES) .................................................................................................... 22
V-1- Introduction ............................................................................................................ 22
V-2- Preparation d’electrodes modifiees par des films de polymere et des
microparticules ........................................................................................................ 23
V-2-1- Cas de poly (pyrrole-alkylammonium)-oxyde de ruthénium .............................. 23
V-2-1-a- Caractérisation des nanocomposites par TEM .............................................. 25
V-2-2- Cas de poly (pyrrole-alkylammonium)-Ni .......................................................... 26
V-2-2-a- Caractérisation des microcomposites par MEB ............................................ 26
VI- APPLICATIONS DES MATERIAUX COMPOSITES ..................................... 27
VI-1- La diode électroluminescente organique (OLED) ................................................ 28
VI-2- Cellule photovoltaiques organiques ...................................................................... 29
VI-2-1- Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque organique ............... 29
VI-2-2- Structures des cellules photovoltaïques organiques .......................................... 29
VI-2-2-a- Structure monocouche .................................................................................... 30
VI-2-2-b- Structure bicouche .......................................................................................... 31
VI-2-2-c- Structure à réseau interpénétré ....................................................................... 31
VI-2-2-d- Structure hybride ............................................................................................ 32
REFERENCES .............................................................................................................. 34
CHAPITRE II
METHODES ET TECHNIQUES EXPRIMENTALES
I- PRODUITS CHIMIQUES ....................................................................................... 39
I-1- Solvants et électrolyte support ................................................................................. 39
I-2- Réactifs .................................................................................................................... 39
I-3- Cellule et électrodes utilisées ................................................................................... 39
II-TECHNIQUES EXPERIMENTALES UTILISEES ............................................. 41
II-1- Voltampérométrie cyclique .................................................................................... 41
II-1-1- Principe de la méthode ........................................................................................ 41
II-1-2- Epaisseur d’une couche de polymère déposée sur électrode............................... 42
II-1-3- Expression mathématique du courant et du potentiel de pic ............................... 44
II-1-4- Critères de discrimination entre les différents systèmes et
mécanismes électrochimiques ............................................................................. 45
II-1-5- Avantages de la méthode .................................................................................... 46
II-2- Coulometrie ............................................................................................................ 46
II-2-1- Principe de la méthode ........................................................................................ 47
II-3- Spectroscopie d’impedance electrochimique ......................................................... 47
II-3-1- Principe ............................................................................................................... 48
II-3-2- Circuit de Randles ............................................................................................... 48
II-3-3- Circuit électrique équivalant à une cellule électrochimique ............................... 49
II-3-4- Application aux systèmes réels ........................................................................... 50
II-3-5- Avantages de la méthode .................................................................................... 51
II-4- Microscope electronique a balayage (MEB) .......................................................... 51
II-5- Analyse chimique par EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) .................. 51
II-6- Analyse par rayons X et identification des phases ................................................. 52
REFERENCES .............................................................................................................. 53
CHAPITRE III
ELABORATION ET CARACTERISATION DE n-Si/PPy-Cu
I- ELECTROPOLYMERISATION DU PYRROLE SUR ELECTRODE DE
CARBONE VITREUX .............................................................................................. 54
I-1- Electropolymérisation du pyrrole sur carbone vitreux ............................................ 54
I-2- Effet de la quantité d’électricité consommée sur l’épaisseur des films du
polypyrrole ............................................................................................................... 57
II- PREPARATION ET CARACTERISATION ELECTROCHIMIQUE DE
n-Si/PPy-Cu .............................................................................................................. 58
II-1- Protocole du traitement chimique de surface de Si (cas général) ........................... 59
II-2- Comportement électrochimique du substrat de n-Si .............................................. 59
II-3- Electropolymérisation de pyrrole sur n-Si par voltammétrie cyclique .................. 60
II-3-1- Influence de la vitesse de balayage ..................................................................... 62
II-4- Electropolymérisation du pyrrole par coulomértie galvanostatique ....................... 64
II-4-1- Influence du courant imposé ............................................................................... 66
II-5- Electrodéposition du polypyrrole à potentiel imposé ............................................. 68
III-TECHNIQUE DE PREPARATION D’UNE ELECTRODE MODIFIEE PAR
UN FILM DEPOLYMERE CONTENANT DES PARTICULES
METALLIQUES DE CUIVRE ............................................................................. 71
III-1- Etude électrochimique du cuivre sur une électrode de carbone vitreux ................ 72
III-2- Etude électrochimique du cuivre sur n-Si ............................................................. 74
III-3- Incorporation du Cuivre dans le film de polymère ............................................... 75
IV- CARACTERISATION PAR SPECTROSCOPIE D’IMPEDANCE DU
SILICIUM TRAITE ET DU MATERIAU COMPOSITE ................................. 76
IV-4-1- Spectroscopie d’impédance du silicium ............................................................ 76
IV-4-2- Spectroscopie d’impédance du polypyrrole déposé sur silicium ....................... 77
IV-4-3- Spectroscopie d’impédance du polypyrrole déposé sur silicium et contenant
des particules de cuivre ....................................................................................... 79
V- CARACTERISATION PHYSIQUE ...................................................................... 81
V-1- Analyse structurale de n-Si/PPy et n-Si/PPy-Cu par DRX .................................... 81
V-2- Analyse de surface de n-Si/PPy et n-Si/PPy-Cu par MEB ..................................... 82
V-2-1- Caractérisation des films de polypyrrole sur silicium ......................................... 83
V-2-2- Caractérisation du matériau composite silicium/polypyrrole-cuivre .................. 83
VI- MATERIAU COMPOSITE COMME DIODE ................................................... 86
VI-1- Définition d’une diode ........................................................................................ 86
VI-2- Caractérisation courant tension (I-V) du matériau composite....................... 87
REFERENCES .............................................................................................................. 91
CONCLUSION GENERALE ...................................................................................... 93
INTRODCôte titre : DCH/0007-0009 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1WuFZRNO8zLR_6o8eRXnPQS78MItI4QXE/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Exemplaires (3)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité DCH/0007 DCH/0007-0009 Thèse Bibliothéque des sciences Français Disponible
DisponibleDCH/0008 DCH/0007-0009 Thèse Bibliothéque des sciences Français Disponible
DisponibleDCH/0009 DCH/0007-0009 Thèse Bibliothéque des sciences Français Disponible
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