Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

REVETEMENTS THERMOCHROMES :

PRINCIPES & APPLICATIONS

J.F. PiersonLaboratoire de Science et Génie des Surfaces (UMR 7570)

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PLAN DE L’EXPOSE

1) Les matériaux thermochromes

2) Le dioxyde de vanadium (VO2)

3) Méthodes d’élaboration de VO2

4) Propriétés thermochromes des dépôts de VO2

5) Applications des dépôts thermochromes

6) Conclusions

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1) Les matériaux thermochromesThermochromie : changement de couleur sous l’effet de la température.

Applications actuelles de la vie courante :

Traçabilité dans la chaîne du froid

Sécurité des documents (photocopie)

Sécurité des personnes

Confort

T > 0°C T = 0°C

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Principalement composés organiques

Peu de matériaux inorganiques :

68VO2

x = 0,58 : -183

x = 0,08 : 187

x = 0,02 : 377

Al2-xCrxO3

300BiVO4

800NbO2

Température de transition (°C)

Matériaux

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2) Le dioxyde de vanadium

7 polymorphes :

VO2 (M), VO2 (R)

VO2 (M1), VO2 (M2)

VO2 (A), VO2 (B), VO2 (C)

Formes stables

Formes hautes pressions

Formes métastables

A 68 °C : VO2 (M) VO2 (R)a = 0.575 0.455 nmb = 0.542 0.455 nmc = 0.538 0.288 nm = 122.6°

½ con métalThermochrome : transition métal-isolant

a

b

c

x y

z

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La transition est visible :

OptiquementElectriquement

La transition s’accompagne d’une hystérésis

Chen et al., Sens. Act. A 2004

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3) Méthodes d’élaboration de VO2

• Sol-gel• Evaporation• Pulvérisation réactive

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-

Ar

++

O2

N

S

S

NN

S

H2O H2O

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4) Propriétés thermochromes des dépôts de VO2

Conditions de synthèse : 350 < T < 450 °C

Jin et al., NIM B 1998 Chen et al., Sens. Act. A 2004

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Christmann et al., TSF 1996

VO2(M)

Transparent dans l’IR

VO2 (R)

Opaque dans l’IR

Dans le vis. : peu de différence !

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Tc = 68 °C pour VO2 peu d’applications pratiques

Modification de Tc DOPAGE

Plusieurs éléments testés : W, Mo, F TcSn, Al Tc

Lee et al., TSF 1996

Jin et al., TSF 1998

Burkhardt et al., TSF 2002

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Burkhardt et al., TSF 2002

Variation linéaire de Tc avec la concentration de dopants

Codopage W + F : Tc 0 °C !!!!

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Dopage modifie Tc mais :

• Elargit l’hystéresis• Diminue l’amplitude de la transition

Dépôt d’un antirefletLee et al., TSF 2000

Cause possible : mise en compression de VO2

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5) Applications des dépôts thermochromes

a) Vitrage intelligentBâtimentAutomobile

I.R.

Vitre / VO2

BT

Vitre / VO2

HT

I.R.

Christmann et al., TSF 1996

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2) Commutateur optique

Temps de commutation : 3 ms

Encore à optimiser

(Chen et al. IPT 2004)

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6) Conclusions

• VO2 présente une température de transition de 68 °C (variation de résistance et de transmittance)

• Dépôt de VO2 par pulvérisation pour 350 < T < 450 °C

• Dopage de VO2 : variation de Tc ( ou )

• Dépôt d’un AR pour augmenter encore la transmittance

• Applications potentielles dans le domaine du vitrage

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MERCI POUR VOTRE ATTENTION !!!!!!