Sara KAWRANI
a soutenu de thèse
Vendredi 16 Décembre 2019 à 14h00
Synthèse, Caractérisations, et Applications des matériaux Oxydes à base de CaCu3Ti4O12
devant le jury composé de :
– Mme Mirvat ZAKHOU, Professeur Université libanaise – Rapporteur,
– M. Lionel PRESMANES, Chargé de recherches Université de Toulouse – Rapporteur,
– Mme Bérangère TOURY, Maître de conférences Univerisité de Lyon – Examinateur,
– M. Ahmad MEHDI, Professeur Université de Montpellier – Examinateur,
– M. David CORNU, Professeur Université de Montpellier – Directeur de thèse,
– Mme Madona BOULOS, Maître de conférences Université libanaise – Co-directeur de thèse,
– M. Mikhael BECHELANY, Chargé de recherches CNRS Montpellier – Co-encadrant de thèse
Résumé :
Les oxydes de type pérovskites présentent différentes propriétés selon leur structure et leur composition chimique. Les principales pérovskites étudiées,BaTiO3et YBa2Cu3O7, possèdent d’intéressantes propriétés ferroélectriques et supraconductrices. Une des limitations de ce type d’oxydes est la transition de phase à haute température qui peut modifier leurs propriétés. Le matériau CaCu3Ti4O12 (CCTO) est un oxyde connu comme double perovskite (ABO3) à structure cubique, qui a été étudié ces dernières années en tant que matériau diélectrique de permittivité élevée. De plus, CCTO subit une transition magnétique à antiferromagnétique au-dessous de la température de Néel (TN=25K). Les propriétés du matériau CCTO sont fortement dépendantes de sa structure et offrent des possibilités d’applications photoélectrochimiques. D’un autre côté, les nanofeuillets de nitrure de bore(h-BN)et d’oxyde de graphène(GO) sont des matériaux 2D présentant des propriétés très intéressantes. Dans le cadre de ce travail, des matériaux composites à base de CCTO et de nanofeuillets de nitrure de bore et d’oxyde de graphèneont été synthétisés et étudiés. Les céramiques composites CCTO/GO et CCTO/h-BN ont été synthétisées par réaction solide-solide. Les différentes propriétés photoélectrochimiques, diélectriques, et magnétiques ont été caractérisées. L’addition de 3% de h-BN aboutit à l’incorporation des atomes du bore et d’azote dans le réseau cristallin du CCTO et forme les liaisons Ti-B-O et Ti-N-O, et génère des lacunes d’oxygène à la surface, ce qui améliore la génération de porteurs de charges. La génération de porteurs de charges est augmentée en 50% par rapport au CCTO pur, après l’addition de 3% de GO, due à l’oxydation de GO à haute température qui réduit Ti4+et Cu2+ en site actifs Ti3+et Cu+ respectivement. Les propriétés magnétiques du CCTO avec 6% de nanofeuillets ont été étudiées, et ont montré que la température Néel n’était pas modifiée. Enfin, un polissage est effectué à la surface des céramiques pour étudier leurs propriétés diélectriques. Les résultats montrent des valeurs de permittivité plus basse que celles décrites dans la littérature. En conclusion, ces travaux ont démontré que l’incorporation des nanofeuillets 2D n’affecte pas les propriétés diélectriques et magnétiques, mais améliore considérablement les propriétés photoélectrochimiques du CCTO.
Abstract:
Perovskite oxides exhibit a large variety of properties because of their structures and chemical compositions. Well known properties of the perovskite oxides are Ferroelectricity in BaTiO3-based oxides and superconductivity in YBa2Cu3O7. The major limit of these compounds is their phase transitions at high temperature, which lead to modify the perovskite properties. CaCu3Ti4O12(CCTO) exhibit a cubic structure stable at high temperature, it is a double-perovskite (ABO3). CCTO was known as highdielectric material, and can playa key role in photoelectrochemicalactivitydue to its structure. In addition,CCTO can occur aphase transition into the antiferromagnetically ordered phase below Neel temperatureTN= 25 K.On the other hand, 2D nanomaterials including graphene oxide (GO) and hexagonal boron nitrides (h-BN) were widely used duetheir exceptional properties.The aim of this thesisis to investigate the photoelectrochemical, dielectric, and magnetic properties of CCTO based composites. Composites made of CCTO/GO and CCTO/h-BN ceramics were fabricated by solid-state reaction. With the addition of 2D nanosheets materials,the photoelectrochemical performance is enhanced by increasing the generation of photocurrent. CCTO with 3%wt ofh-BN showed the insertion of bore (B) and nitrogen (N) into CCTO lattice, leading to Ti-B-O, Ti-N-O bonds and oxygen vacancieson the surface which reduce the bang gap energy and increase the density of generated photocurrent. With 3% of GO, Ti4+ and Cu2+were reduced to active speciesTi3+and Cu+respectively and oxygen vacancies were generated at the surface for charge neutralization, leading to generate photocurrent density 50% higher than pure phase of CCTO.In order to investigate 2D nanomaterials effects on magnetic properties of composites, CCTO with 6%wtof nanosheets was preparedand have shown no significant changes in Neel temperature. Finally in the last section, all composites were surface polished to investigate their dielectric properties, measurements showed a low permittivity in comparisonto the literature. In conclusion, this work has shown that 2D nanosheets materials incorporation does not affect dielectric and magnetic properties, but enhancestrongly the photoelectrochemical behaviorof CCTO.
