MOFA

Matériaux Oxydes Fonctionnels et Applications

La thématique principale de l’équipe concerne l’étude et l’élaboration d’oxydes dont les propriétés électriques ou électrochimiques permettent d’envisager des applications.

Ces oxydes sans plomb sont déposés sous forme de couches minces (<1µm) et épaisses (quelques micromètres à 100µm).

Les études fondamentales concernent les propriétés microstructurales, électriques (diélectriques, pyroélectriques, piézoélectriques, ferroélectriques) et électrochimiques (interactions gaz/matériau/propriétés électriques) d’un oxyde seul ou d’un assemblage multicouches.

Les oxydes sans plomb étudiés en laboratoire visent plusieurs applications:

  • La détection de gaz (capteurs et systèmes de conditionnement)
  • L’énergie renouvelable via les piles à combustible à oxydes solides (SOFC) pour la production électrique à partir d’hydrogène et les électrolyseurs pour le stockage de l’énergie.
  • La récupération et le stockage de l’énergie produite par conversion piézoélectrique directe.

 

Elaboration – Matériaux – Applications

 

Procédés d’élaboration

sol-gel, pulvérisation (DC, RF), évaporation sous vide, sérigraphie.

 

  • Etudes fondamentales
  • Préparation de solutions sol-gel (Pechini, alkoxyde)
  • Préparation d’encres
  • Préparation de poudres

 

Caractérisation des solides

DRX, EDX, porosité, granulométrie, densité, MEB, AFM

Caractérisation des solutions

pH, viscosité, FTIR

 

Etudes à large gamme de fréquences (1 mHz à 60 GHz) et à large gamme de température (- 200°C à 800°C).

 

Applications

mesures sous test, variation de paramètres pour optimiser les performances (dopage, épaisseur, microstructure, type et taille des électrodes avec structure MIM ou interdigitée).

 

 

Les matériaux fabriqués au laboratoire sont des oxydes sans plomb à structure pérovskite, principalement des titanates de Baryum dopés (Sr, Zr, Fe). D’autres matériaux développés par des équipes extérieures (collaborations) sont également caractérisés (ZnO, TiO2, SBN, KN, KTN, LTO).

D’autre part, dans le cadre de différents programmes de recherche nationaux et internationaux, plusieurs orientations scientifiques sont développées :

  1. Mise au point de la microstructure, de la composition et des paramètres dimensionnels de films d’oxyde pour l’amélioration de la sensibilité et de la réponse dynamique de capteurs de gaz semi-conducteurs.
  2. Développement de plateformes complètes pour les capteurs de gaz semi-conducteurs.
  3. Optimisation de l’architecture de cathode d’une pile à combustible SOFC, ainsi que de l’interface cathode/électrolyte pour la diminution des pertes électriques et l’augmentation de la puissance surfacique. Les matériaux étudiés sont des cobaltites et manganites de Lanthane pour la cathode et de la cérine dopée pour électrolyte.
  4. Etude de matériaux sans plomb et dispositifs permettant la récupération de l’énergie produite par des vibrations mécaniques (piézoélectricité directe).
  5. Etude et simulation de démonstrateurs à variation de résistance géante par commande magnétique (GMR Giant Magnetic Resistance).
  6. Etude du bruit électronique dans les matériaux.

 

Membres de l’équipe

J.C. Carru, Professeur émerite

J. GEST, Pr

G. LEROY, Pr

D. FASQUELLE, MCF HDR, responsable de l’équipe

M. MASCOT, MCF

A. TACHAFINE, MCF

N. WALDHOFF, MCF

 

Publications récentes

A. Barhoumi, Liu Yang, N. Sakly, H. Boughzala, G. Leroy, J. Gest, J-C. Carru, S. Guermazi, Study of structural and electrical properties of zinc oxide and Al-doped zinc oxide thin films deposited by DC sputtering, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 62 3 (2013) 20302.

C. Liang, J. Gest, G. Leroy, J.-C. Carru, Dielectric and conductivity properties of composite polyaniline/ polyurethane network, Journal of Applied Physics 114 (2013) 124106, DOI: 10.1063/1.4822310

D. Fasquelle, S. Députier, M. Mascot, N. Uschanoff, V. Bouquet, V. Demange, M. Guilloux-Viry, J.-C. Carru. “Lead-free oxide thin films for gas detection”, Advanced Materials Research Vol. 789 (2013) pp 105-111.

M. Kuriakose, M. Depriester, M. Mascot, S. Longuemart, D. Fasquelle, J.-C. Carru, A.Hadj-Sahraoui, « Thermal parameters extraction of a multilayered system by a genetic algorithm », International Journal of Thermophysics, vol.34, pp. 1569-1578 (2013).

D. Fasquelle, “Sensible sensors”, International Innovation, issue 125, ISSN 2054-6254, 2014.

K. Dumaisnil, D. Fasquelle, M.Mascot, A. Rolle, P. Roussel, S. Minaud, B. Duponchel, R.-N. Vannier, J.-C. Carru, “Synthesis and characterization of La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3 films for solid oxide fuel cell cathodes“, Thin Solid Films 553 (2014) 89–92.

Nicolas Waldhoff, Didier Fasquelle, and Karine Blary, “Microwave characterization of tunable interdigitated capacitances on BaTiSnO3 thin films deposited by sol-gel”, APPLIED PHYSICS LETTERS 105, 132907 (2014).

A. Barhoumi, G. Leroy, L. Yang, J. Gest, H. Boughzala, B. Duponchel, S. Guermazi, J.-C. Carru, Correlations between 1/f noise and thermal treatment of Al-doped ZnO thin films deposited by DC sputtering, Journal of Applied Physics 115 (2014) 204502.

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A. Barhoumi, G. Leroy, B. Duponchel, J. Gest, L. Yang, N.Waldhoff, S. Guermazi, Aluminum doped ZnO thin films deposited by direct current sputtering: structural and optical properties, Superlattices and Microstructures (2015).

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Christian Fredy Naa, Didier Fasquelle, Suprijadi, Sparisoma Viridi and Mitra Djamal. “Influence of Grain Size to Resistivity Relaxation of La0.7Sr0.3MnO3 Nanoparticles”, Advanced Material Research (AMR) Vol. 1123, pp 260-263, 2015.

Abderrazek Khalfallaoui, Ludovic Burgnies, Karine Blary, Gabriel Velu, Didier Lippens, and Jean-Claude Carru. Downscaling at Submicrometer Scale of the Gap Width of Interdigitated Ba0.5Sr0.5TiO3 Capacitors. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 62, no. 2, February 2015.

D. Fasquelle, N. Verbrugghe, S. Députier Study of non-stoichiometric BaSrTiFeO3 oxide dedicated to semiconductor gas sensor Journal of Physics: Conference series 776 (2016) 012038

Mohamed Afqir, A. Tachafine, D. Fasquelle, M. Elaatmani, J-C. Carru, A. Zegzouti, M. Daoud, Structure and electric properties of cerium substituted SrBi1.8Ce0.2Nb2O9 and SrBi1.8Ce0.2Ta2O9 ceramics, Processing and Application of Ceramics 2016, 3, 2016, 183–188

Mohamed Afqir, A. Tachafine, D. Fasquelle, M. Elaatmani, J-C. Carru, A. Zegzouti, M. Daoud, Synthesis, structural and dielectric properties of Ho-doped SrBiNb2O9 prepared by Co-precipitation method, Science China Materials, 2016

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A. Selmi, O. Khaldi, M. Mascot, F. Jomni, J.-C. Carru. « Dielectric relaxations in Ba0.85Sr0.15TiO3 thin films deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by sol-gel method », J. Mat. Sci. : Mater. Electron., vol 27, pp. 11299-11307 (2016).

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B. Ameur, A. Barhoumi, H. Bel Hadjltaief, R. Mimouni, B. Duponchel, G. Leroy, H. Guremazi, S. Guermazi, Physical investigations on undoped and Fluorie doped SnO2 nanofilms on flexible substrate along with wettability and photocatalytic activity tests, Material Science in Semiconductor Processing 61 (1) (2017) pp. 17-26, DOI: 10.1016/j.mssp.2016.12.019

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M. Afqir, A. Tachafine, D. Fasquelle, M. Elaatmani, J-C. Carru, A. Zegzouti, M. Daoud, “Dielectric properties of gadolinium-doped SrBi2Nb2O9 ceramics”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2017, 29, 2, 1289-1297.

H. Msouni, A. Tachafine, M. Elaatmani, D. Fasquelle, J-C. Carru, M. Elhammioui, M.  Rguiti, A. Zegzouti, A. Outzourhit, M. Daoud. “Structural, dielectric and piezoelectric study of Ca-, Zr-modified BaTiO3 lead-free ceramics”, Bulletin of Materials Science, 2017, 40, 5, 925-931

K. Dumaisnil, J.-C. Carru, D. Fasquelle, M. Mascot, A. Rolle, R.-N. Vannier. Promising performances for a La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ cathode with a dense interfacial layer at the electrode-electrolyte interface”, Ionics (2017) 23:2125–2132, DOI 10.1007/s11581-017-2061-6

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C. Le Paven, R. Benzerga, A. Ferri, D. Fasquelle, V. Laur, L. Le Gendre, F. Marlec, F. Tessier, F. Cheviré, R. Desfeux, S. Saitzek, X. Castel, A. Sharaiha. Ferroelectric and dielectric study of strontium tantalum-based perovskite oxynitride films deposited by reactive rf magnetron sputtering, Materials Research Bulletin 96 (2017) 126–132