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Synthèse et propriétés de monocristaux, de poudres, films minces ou hétérostructures

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Soutenance de Thèse de Marie Le Gallic : Films minces de Ta2O5 et (Na0,93K0,07)2Ta4O11 : structures et propriétés

Publié le 11 septembre 2014
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Soutenance 10 novembre 2014
à 13h30, Amphi M001 - Grenoble INP - Phelma MINATEC
LMGP (UMR 5628 CNRS / Grenoble INP)
Grenoble INP Phelma Minatec
3 parvis Louis Néel - 38000 Grenoble

Access : TRAM B - Stop at "Cité internationale"
Free entrance - No registration

Mots-clés : Films minces, oxyde de tantale, piézoelectricité, conducteur protonique, propriétiés structurales, TEM

LE GALLIC-M-200.jpg

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Thèse de Marie Le Gallic

Films minces de Ta2O5 et (Na0,93K0,07)2Ta4O11 : structures et propriétés /
Thin films of Ta2O5 et (Na0,93K0,07)2Ta4O11 : structures and properties.
Directeur de thèse : Marc Audier (LMGP / FM2N team)


Résumé (Click here for abstract in english)
Les oxydes Ta2O5 et du type Na2Ta4O11 sont connus pour présenter des propriétés d'optique, de diélectrique, high K, de conductivité H+, de photocatalyse de formation de H2 à partir de H2O et de piézoélectricité.
Dans cette thèse, des films minces de ces composés ont été préparés par voie chimique. A partir de résultats de diffraction des rayons X et de microscopie électronique à transmission (MET), un mécanisme de transformation de Ta2O5 en (Na,K)2Ta4O11 est proposé. Ce dernier fait intervenir des lacunes de Ta5+ substituées par des protons H+ dans Ta2O5. Une confirmation de ce mécanisme est apporté par la mise au point d'un procédé permettant d'augmenter la concentration en lacunes de Ta5+ substituées par des H+, sous forme de défauts structuraux susceptibles d'améliorer une conductivité H+. Les cations H+ seraient sous forme de groupes hydroxyles pontés Ta-OH-Ta, stables à haute température. L'analyse d'éléments H en spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol confirme également ce mécanisme. Vis-à-vis de la piézoélectricité, différents changements de groupe d'espace de R3c à R3 et P1 liés à de très grandes déformations sont observés en MET sur la phase (Na,K)2Ta4O11.
Ces changements résultent de champs électriques qui s'opposent en partie à la traversée du faisceau d'électrons et provoquent des effets électro-mécaniques propres à la piézoélectricité. Ces taux extraordinaires de déformations sont confirmés par des mesures en vibrométrie optique sous champ électrique alternatif, sur des couches (Na,K)2Ta4O11 de différentes textures.

Abstract
Ta2O5 and Na2Ta4O11 type oxides are known to exhibit properties of optic, high K dielectric, photocatalysis for H2 production from H2O and piezoelecticity.
In this work, thin films of these compounds were prepared by a chemical process. From X-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) results, a transformation mechanism of Ta2O5 into (Na,K)2Ta4O11 is proposed. This mechanism involves Ta5+ vacancies substitued by H+ cations.
A new process confirming this mechanism is to increase the concentration of Ta5+ vacancies substitued by H+ cations, gathered in structural defects which could improved a protonic conductivity. H+ cations would be in the form of bridging hydroxyl groups Ta-OH-Ta, stable at high temperature. Hydrogen analysis by Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) confirms also this mechanism.
For the piezoelectric property, different changes of space-groups R3c to R3 and P1, linked to huge strains were observed by TEM on the (Na,K)2Ta4O11 phase. Such changes result of electrical fields opposed to the crossing of the electron beam, giving rise to electro-mechanical effects of piezoelectricity. Large strains effects were confirrmed by Laser Doppler Vibrometry measurements on (Na,K)2Ta4O11 layers of different texture subsmitted to alternative electrical fields.


Jury members
Dr. J.M. Dubois, Inst. Jean Lamour, CNRS, Univ. Lorraine, Nancy (France), Président
Dr. E. Snoeck, CNRS, CEMES/Group NanoMaterials, Toulouse (France), Rapporteur
Dr. M. Guilloux-Viry, Eq. Chimie du Solide et Matériaux, Campus de Beaulieu, Rennes (France), Rapporteur
Pr. H. Renevier, LMGP, Grenoble INP Minatec (France), Examinateur
Dr. M Audier, LMGP, CNRS, Grenoble INP Minatec (France), Co-directeur de thèse

 

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mise à jour le 3 novembre 2014

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