Rôle d’éléments métalliques sur les mécanismes de détection d'un capteur de gaz à base de dioxyde d'étain. Application à l'amélioration de la sélectivité à l'aide d'une membrane de platine. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Role of metallic elements on the detection mechanisms of a gas sensor based on tin dioxide. Application to the improvement of selectivity using a platinum membrane.

Rôle d’éléments métalliques sur les mécanismes de détection d'un capteur de gaz à base de dioxyde d'étain. Application à l'amélioration de la sélectivité à l'aide d'une membrane de platine.

Résumé

This work relates to the development of selective gas microsensors. In general, these devices are composed of a semiconductor oxide, tin dioxide, associated with two metal electrodes. The objective of the study is twofold, firstly, to improve the selectivity by deposition of metallic catalytic filter, and secondly to better understand the interactions between oxygen, the metals that they are used in the form of electrode or membrane and tin dioxide. Deposition of a thin film of platinum on a thick layer of 20 microns of tin dioxide has improved the selectivity of the device to CH4 in the presence of C2H5OH and CO. On the other hand, when it was deposited on the surface of a thin layer of 70 nm of tin dioxide, the platinum thin film did not make it possible to improve the selectivity of the sensitive material. Subsequently, our approach was to evaluate the physico-chemical properties of each component of the device namely tin dioxide, metal or the combination of both. For this, we have used various techniques commonly used for the characterization of gas - solid interactions such as catalysis, calorimetry or electrical measurement. Synergistic effects between the metal and the oxide with respect to adsorption and the electrical effects of gaseous oxygen have been demonstrated. These results have been exploited to propose a mechanism to explain the electrical phenomena that occur during the chemisorption of oxygen on the surface of a system comprising tin dioxide and a metal. This model has been confronted with the experimental results relating to the influence of the thickness of tin dioxide on the electrical responses under reducing gas of the gas sensors.
Ce travail est relatif au développement de microcapteurs de gaz sélectifs. De façon générale, ces dispositifs sont composés d’un oxyde semi-conducteur, le dioxyde d'étain, associé à deux électrodes métalliques. L’objectif de l’étude est double, d’une part, améliorer la sélectivité par dépôt de filtre catalytique métallique, et d’autre part mieux appréhender les interactions entre l’oxygène, les métaux qu’ils soient utilisés sous forme d’électrode ou de membrane et le dioxyde d'étain. Le dépôt d’un film mince de platine sur une couche épaisse de 20 µm de dioxyde d'étain a permis d’améliorer la sélectivité du dispositif au CH4 en présence de C2H5OH et de CO. En revanche, lorsqu’il a été déposé à la surface d’une couche mince de 70 nm de dioxyde d'étain, le film mince de platine n’a pas rendu possible l’amélioration de la sélectivité du matériau sensible. Par la suite, notre démarche a consisté à évaluer les propriétés physico-chimiques de chaque constituant du dispositif à savoir le dioxyde d'étain, le métal ou l’association des deux. Pour cela, nous avons fait appel à différentes techniques couramment utilisées pour la caractérisation des interactions gaz – solide telles que la catalyse, la calorimétrie ou la mesure électrique. Des effets de synergie entre le métal et l’oxyde vis-à-vis de l’adsorption et des effets électriques de l’oxygène gazeux ont pu être mis en évidence. Ces résultats ont été exploités pour proposer un mécanisme permettant d’expliciter les phénomènes électriques qui interviennent lors de la chimisorption d’oxygène à la surface d’un système regroupant le dioxyde d'étain et un métal. Ce modèle a été confronté aux résultats expérimentaux relatifs à l’influence de l’épaisseur du dioxyde d'étain sur les réponses électriques sous gaz réducteur des capteurs de gaz.
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Citer

Pierre Montmeat. Rôle d’éléments métalliques sur les mécanismes de détection d'un capteur de gaz à base de dioxyde d'étain. Application à l'amélioration de la sélectivité à l'aide d'une membrane de platine. . Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole nationale supérieure des mines de Saint-Etienne, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01709566⟩
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