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 !!!!!!