Titre :	Elaboration des films minces de TiO2 et étude de l'effet de dopage en Cobalt et en Nickel sur les propriétés structurales et optiques
Type de document :	texte imprimé
Auteurs :	Bakhouche, sabrina ; Souad Laghrib, Directeur de thèse
Editeur :	Setif:UFA
Année de publication :	2016
Importance :	1vol. (63f.)
Format :	30cm.
Catégories :	Thèses & Mémoires:Chimie
Mots-clés :	eleboration,films,minces,TiO,dopage,cobalt,nickel
Résumé :	Conclusion générale Au cours de cette étude, nous avons élaborés par voie sol-gel des couches minces de TiO2 dopées aux Cobalt et aux Nickel et déposées sur des substrats en verres ordinaires. Nous avons également étudié l’influence des dopants sur les propriétés structurales et optiques des couches minces de TiO2. Dans un premier temps, nous avons préparé les solutions du TiO2 pur et des solutions de TiO2 dopées aux Cobalt à 5% et 10% et des solutions dopées aux Nickel à 5% et 10%. Les solutions obtenues sont homogènes et stables dans le temps. Nous avons remarqué que lorsqu’on a augmenté le taux de dopage la solution de TiO2 dopée devient plus visqueuse au cours du temps. Cette évolution s'explique par l'influence des éléments dopants sur le taux d’avancement des réactions chimiques qui forment le réseau minéral. Après traitement thermique à 450°C pendant deux heures l’analyse par diffraction des rayons X, a montré que les couches minces TiO2 cristallisent sous forme d’une structure anatase. Le pic principal [101] qui se situe à 25°,8 traduit une bonne cristallisation. Les films dopés par les deux éléments Cobalt et Nickel à 5% en rapport atomique, montrent une diminution ou plutôt une disparition des différents pics de diffraction de la phase anatase et l’apparition d’autres raies de diffraction de TiO2 qui correspondent à la phase brookite dans la direction [121]. Nous avons observé également, que les forts teneurs de dopage en Ni (10%) et en Cobalt (10%) ont des pics dont la direction [101] de la phase anatase est plus intense avec la disparition complète de la phase brookite. Nous pouvons conclure que l’ajout du Ni et du Cobalt dans la matrice de l’oxyde de titane conduit à des changements de phases par rapport à l’état non dopé. C’est-à-dire, il provoque l’apparition de nouvelles phases, ce qui est en accord avec les résultats de la littérature. Les micrographies MEB expose une structure homogènes et exempts de fissuration quelque soit couches minces de TiO2 pur ou dopées. Celles-ci révèlent aussi une nanostructuration qui est constituée de nano grains cohérents avec des dimensions variées. Les couches minces de TiO2 purs et dopées aux Ni et aux Cobalt sont transparentes dans le visible et opaques dans l’ultra-violet. Nous avons aussi constaté que la transmission et le gap diminuent pour les fortes teneurs en éléments dopants et en fonction de l’épaisseur. Les résultats obtenus avec les films dopés à 10% en Nickel et en Cobalt ont montré qu’il était possible de modifier les films de dioxyde de titane en y insérant un dopant. En effet leurs transparences dans le visible et leurs gaps optiques laisse espérer dans un proche avenir des applications telles que : la photocatalyse, les guides ondes, les fibres optiques, les cellules sollaires...etc.
Note de contenu :	Sommaire Introduction générale ………………………………………………………………...1 Références bibliographiques ………………………………………………………... 3 I Partie Bibliographique Chapitre I : Généralités sur le dioxyde de titane (TiO2) et la méthode de Sol-Gel I.1. Introduction…………………………………………………………………….....4 I.2. Propriétés Structurales des couches minces de TiO2…………………………….. 4 I.2.1. Structure du TiO2………………………………………………………………..4 I.2.2. Stabilité des formes cristallines ………………………………………………...7 I.2.3. La texture …………………………………………………………………….... 7 I.3. Propriétés optiques des couches minces de TiO2 …………………………………8 I.4. Propriétés électroniques des couches minces de TiO2 ………………………...….9 I.5. Les défauts atomiques et électroniques dans un cristal de TiO2 …………………9 I.6. Dopage du dioxyde de titane ………………………………………………….. 10 I.6.1. Dopage cationique ………………………………………………………….....11 I.6.2. Dopage anionique....………………………………………………………...... 11 I.7. Applications du dioxyde de titane ………………………………………………12 I.7.1. La photochimie ………………………………………………………………..12 I.7.2. L’optique ……………………………………………………………………. 12 I.8. Préparation des couches minces de TiO2 par la méthode de sol-gel ……….......13 I.8.1. Principe ……………………………………………………………………….13 I.8.2. Les précurseurs …………………………………………………………….....14 I.8.3. Mécanismes réactionnels ……………………………………………………..14 I.8.4. La transition sol-gel …………………………………………………………..15 I.8.5. Facteurs influençant la qualité des films minces …………………………….16 I.8.5.1. Paramètres influençant la vitesse de réaction ………………………………17 I.8.5.2. Choix des substrats …………………………………………………………18 I.8.5.3. Densification des couches minces obtenues ………………………………..18 I.8.5.4. Influence du séchage des films minces …………………………………….19 I.8.5.5. Influence du recuit des films minces ……………………………………….20 I.8.5.6. Les différentes méthodes de dépôt de couches minces par Sol-gel ………..21 I.8.5.6.1. Trempage–tirage ou dip-coating …………………………………………22 I.8.5.6.2. Centrifugation ou spin-coating …………………………………………..22 I.8.6. Domaines d’applications de la méthode sol-gel …………………………… 22 I.8.7. Les avantages et les inconvénients du procédé sol-gel ……………………...23 I.8.7. 1. Les avantages ……………………………………………………………..23 I.8.7.2. Les inconvénients ……………………………………………………….. 23 Chapitre II : Techniques de caractérisation II.1. Techniques de caractérisation ………………………………………………...24 II.1.1. Diffraction des Rayons X (DRX) …………………………………………...24 II.1.1.1. Principe ………………………………………………………………….. 24 II.1.2. Microscope Electronique à Balayage (MEB) ………………………………26 II.1.2.1. Principe ………………………………………………………………….. 26 II.1.3. Spectrophotométrie UV-Visible …………………………………………...28 II.1.3.1. Principe …………………………………………………………………..29 II Partie expérimentale II.1. Matériel et Méthodes………………………………………………………...30 II.1.1. Les produits utilisés ………………………………………………………..30 II.1.2. Les appareils utilisés ……………………………………………………… 34 II.1.2.1.Trempage tirage …………………………………………………………...34 II.1.2.2. Séchage …………………………………………………………………...34 II.1.2.3. Recuit …………………………………………………………………… 35 II.1.2.4. Diffraction des rayons X ………………………………………………….35 II.1.2.5. Microscopique à Balayage électronique ………………………………… 35 II.1.2.6. Ultra Violet Visible …………………………………………………… 35 II.1.3. Les protocoles expérimentaux …………………………………………… 36 II.1.3.1. Préparation des solutions ………………………………………………...36 II.1.3.2. Préparation des surfaces des substrats …………………………………...37 II.1.3.3. Dispositif d’élaboration des couches minces par la méthode trempage-tirage ou dip-coating ……………………………………………………………………..37 II.1.3.4. Elaboration des couches minces de TiO2 par voie sol-gel ………………..39 II.1.3.5. Types de films élaborés ………………………………………………......39 II.2. Résultats et discutions …………………………………………………….. 39 II.2.1. Propriétés structurales ……………………………………………………..39 II.2.1.1. Analyse par Diffraction des Rayons X .................................................…...39 II.2.1.2. Analyse par Microscopie à Balayage Electronique ...............................…...43 II.2.2. Propriétés optiques ………………………………………………………….45 II.2.2.1. Analyse des spectres UV-Visible ………………………………………......45 II.2.3. Détermination de la bande interdite des films TiO2 purs et dopés …………. 52 Références bibliographiques ………………………………………………………...57 Conclusion générale ………………………………………………………………....62
Côte titre :	MACH/0039

Elaboration des films minces de TiO2 et étude de l'effet de dopage en Cobalt et en Nickel sur les propriétés structurales et optiques [texte imprimé] / Bakhouche, sabrina ; Souad Laghrib, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2016 . - 1vol. (63f.) ; 30cm.

Catégories :	Thèses & Mémoires:Chimie
Mots-clés :	eleboration,films,minces,TiO,dopage,cobalt,nickel
Résumé :	Conclusion générale Au cours de cette étude, nous avons élaborés par voie sol-gel des couches minces de TiO2 dopées aux Cobalt et aux Nickel et déposées sur des substrats en verres ordinaires. Nous avons également étudié l’influence des dopants sur les propriétés structurales et optiques des couches minces de TiO2. Dans un premier temps, nous avons préparé les solutions du TiO2 pur et des solutions de TiO2 dopées aux Cobalt à 5% et 10% et des solutions dopées aux Nickel à 5% et 10%. Les solutions obtenues sont homogènes et stables dans le temps. Nous avons remarqué que lorsqu’on a augmenté le taux de dopage la solution de TiO2 dopée devient plus visqueuse au cours du temps. Cette évolution s'explique par l'influence des éléments dopants sur le taux d’avancement des réactions chimiques qui forment le réseau minéral. Après traitement thermique à 450°C pendant deux heures l’analyse par diffraction des rayons X, a montré que les couches minces TiO2 cristallisent sous forme d’une structure anatase. Le pic principal [101] qui se situe à 25°,8 traduit une bonne cristallisation. Les films dopés par les deux éléments Cobalt et Nickel à 5% en rapport atomique, montrent une diminution ou plutôt une disparition des différents pics de diffraction de la phase anatase et l’apparition d’autres raies de diffraction de TiO2 qui correspondent à la phase brookite dans la direction [121]. Nous avons observé également, que les forts teneurs de dopage en Ni (10%) et en Cobalt (10%) ont des pics dont la direction [101] de la phase anatase est plus intense avec la disparition complète de la phase brookite. Nous pouvons conclure que l’ajout du Ni et du Cobalt dans la matrice de l’oxyde de titane conduit à des changements de phases par rapport à l’état non dopé. C’est-à-dire, il provoque l’apparition de nouvelles phases, ce qui est en accord avec les résultats de la littérature. Les micrographies MEB expose une structure homogènes et exempts de fissuration quelque soit couches minces de TiO2 pur ou dopées. Celles-ci révèlent aussi une nanostructuration qui est constituée de nano grains cohérents avec des dimensions variées. Les couches minces de TiO2 purs et dopées aux Ni et aux Cobalt sont transparentes dans le visible et opaques dans l’ultra-violet. Nous avons aussi constaté que la transmission et le gap diminuent pour les fortes teneurs en éléments dopants et en fonction de l’épaisseur. Les résultats obtenus avec les films dopés à 10% en Nickel et en Cobalt ont montré qu’il était possible de modifier les films de dioxyde de titane en y insérant un dopant. En effet leurs transparences dans le visible et leurs gaps optiques laisse espérer dans un proche avenir des applications telles que : la photocatalyse, les guides ondes, les fibres optiques, les cellules sollaires...etc.
Note de contenu :	Sommaire Introduction générale ………………………………………………………………...1 Références bibliographiques ………………………………………………………... 3 I Partie Bibliographique Chapitre I : Généralités sur le dioxyde de titane (TiO2) et la méthode de Sol-Gel I.1. Introduction…………………………………………………………………….....4 I.2. Propriétés Structurales des couches minces de TiO2…………………………….. 4 I.2.1. Structure du TiO2………………………………………………………………..4 I.2.2. Stabilité des formes cristallines ………………………………………………...7 I.2.3. La texture …………………………………………………………………….... 7 I.3. Propriétés optiques des couches minces de TiO2 …………………………………8 I.4. Propriétés électroniques des couches minces de TiO2 ………………………...….9 I.5. Les défauts atomiques et électroniques dans un cristal de TiO2 …………………9 I.6. Dopage du dioxyde de titane ………………………………………………….. 10 I.6.1. Dopage cationique ………………………………………………………….....11 I.6.2. Dopage anionique....………………………………………………………...... 11 I.7. Applications du dioxyde de titane ………………………………………………12 I.7.1. La photochimie ………………………………………………………………..12 I.7.2. L’optique ……………………………………………………………………. 12 I.8. Préparation des couches minces de TiO2 par la méthode de sol-gel ……….......13 I.8.1. Principe ……………………………………………………………………….13 I.8.2. Les précurseurs …………………………………………………………….....14 I.8.3. Mécanismes réactionnels ……………………………………………………..14 I.8.4. La transition sol-gel …………………………………………………………..15 I.8.5. Facteurs influençant la qualité des films minces …………………………….16 I.8.5.1. Paramètres influençant la vitesse de réaction ………………………………17 I.8.5.2. Choix des substrats …………………………………………………………18 I.8.5.3. Densification des couches minces obtenues ………………………………..18 I.8.5.4. Influence du séchage des films minces …………………………………….19 I.8.5.5. Influence du recuit des films minces ……………………………………….20 I.8.5.6. Les différentes méthodes de dépôt de couches minces par Sol-gel ………..21 I.8.5.6.1. Trempage–tirage ou dip-coating …………………………………………22 I.8.5.6.2. Centrifugation ou spin-coating …………………………………………..22 I.8.6. Domaines d’applications de la méthode sol-gel …………………………… 22 I.8.7. Les avantages et les inconvénients du procédé sol-gel ……………………...23 I.8.7. 1. Les avantages ……………………………………………………………..23 I.8.7.2. Les inconvénients ……………………………………………………….. 23 Chapitre II : Techniques de caractérisation II.1. Techniques de caractérisation ………………………………………………...24 II.1.1. Diffraction des Rayons X (DRX) …………………………………………...24 II.1.1.1. Principe ………………………………………………………………….. 24 II.1.2. Microscope Electronique à Balayage (MEB) ………………………………26 II.1.2.1. Principe ………………………………………………………………….. 26 II.1.3. Spectrophotométrie UV-Visible …………………………………………...28 II.1.3.1. Principe …………………………………………………………………..29 II Partie expérimentale II.1. Matériel et Méthodes………………………………………………………...30 II.1.1. Les produits utilisés ………………………………………………………..30 II.1.2. Les appareils utilisés ……………………………………………………… 34 II.1.2.1.Trempage tirage …………………………………………………………...34 II.1.2.2. Séchage …………………………………………………………………...34 II.1.2.3. Recuit …………………………………………………………………… 35 II.1.2.4. Diffraction des rayons X ………………………………………………….35 II.1.2.5. Microscopique à Balayage électronique ………………………………… 35 II.1.2.6. Ultra Violet Visible …………………………………………………… 35 II.1.3. Les protocoles expérimentaux …………………………………………… 36 II.1.3.1. Préparation des solutions ………………………………………………...36 II.1.3.2. Préparation des surfaces des substrats …………………………………...37 II.1.3.3. Dispositif d’élaboration des couches minces par la méthode trempage-tirage ou dip-coating ……………………………………………………………………..37 II.1.3.4. Elaboration des couches minces de TiO2 par voie sol-gel ………………..39 II.1.3.5. Types de films élaborés ………………………………………………......39 II.2. Résultats et discutions …………………………………………………….. 39 II.2.1. Propriétés structurales ……………………………………………………..39 II.2.1.1. Analyse par Diffraction des Rayons X .................................................…...39 II.2.1.2. Analyse par Microscopie à Balayage Electronique ...............................…...43 II.2.2. Propriétés optiques ………………………………………………………….45 II.2.2.1. Analyse des spectres UV-Visible ………………………………………......45 II.2.3. Détermination de la bande interdite des films TiO2 purs et dopés …………. 52 Références bibliographiques ………………………………………………………...57 Conclusion générale ………………………………………………………………....62
Côte titre :	MACH/0039