Contribution au développement de capteurs d’hydrogène à base d’oxydes métalliques semiconducteurs par projection plasma de solution : détection de fuites d’hydrogène dans l’air et quantification en milieu anoxique
Résumé :
Ces dernières années, les besoins en matière de détection et d’analyse de gaz, notamment de l’hydrogène, ont considérablement augmenté. Cet intérêt accru est essentiellement dû à l’attention croissante portée à l’environnement, à la sécurité et au contrôle des procédés. Les capteurs chimiques ont fait l’objet d’une activité intense en recherche et développement. Il en existe plusieurs familles qui se distinguent par le type de couche sensible et le principe de transduction. Parmi tous les types de capteurs de gaz, ceux à base de semiconducteurs présentent des avantages considérables.
Les capteurs d’hydrogène à semi-conducteurs qui sont les plus utilisés actuellement sont à base de semi-conducteurs à oxyde métallique (« MOS »). Cependant, il reste encore un certain nombre de problèmes à résoudre avant que les capteurs d’hydrogène à MOS ne soient largement utilisés. En effet, les capteurs de gaz doivent être dotés de bonnes propriétés analytiques. Par ailleurs, même pour un gaz réputé simple comme H2, il n’est pas courant qu’un matériau de détection du type MOS possède à la fois une bonne sensibilité, une bonne linéarité et une bonne sélectivité. Par conséquent, un défi important consiste à concevoir des capteurs présentant à la fois une sensibilité acceptable, un bref temps de réponse à des températures proches de l’ambiante, une bonne stabilité de la réponse et une bonne sélectivité pour le gaz cible.
Pour améliorer les performances de détection dans ces conditions, la capacité de synthétiser des MOS possédant des morphologies particulières et reproductibles expérimentalement, représente un enjeu crucial. Comme le démontrent de nombreuses études, il est bien connu que pour augmenter la sensibilité, la structure du revêtement doit être contrôlée à l’échelle nanométrique en assurant notamment une surface spécifique élevée et une faible énergie de bande interdite. Il a alors été clairement montré que la projection thermique de précurseurs en solution (SPPS) est un moyen rapide et facile de déposer des films d’oxyde métallique finement structurés à partir de simples précurseurs chimiques projetés à partir d’une solution.
Cette thèse a donc pour objectif de contribuer à l’élaboration par projection plasma de dépôts nanostructurés aptes à constituer les éléments sensibles de capteurs d’hydrogène et à développer de bonnes performances métrologiques tout en assurant une fabrication à la fois rapide et à coût modéré, par conséquent susceptible d’industrialisation.