L’oxyde de zinc, ZnO 5 décembre 2006.

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1 L’oxyde de zinc, ZnO 5 décembre 2006

2 Synthèse par transport en phase vapeur
Précurseurs : ZnO + réducteurs (C) + catalyseurs (SnO2,…)

3 Plusieurs directions de croissance
Contrôle cinétique qui dépend des conditions expérimentales (température)

4 Croissance des cristaux de ZnO
face Zn-(0001) chargée positivement face O-(0001) chargée négativement -

5 - Évaporation thermique de ZnO à 1400°C fibres longues (≤ 1 mm)
Rubans rectangulaires Largeur et épaisseur uniformes tout le long du ruban (l ≈ 50 à 300 nm - e ≈ 10 à 30 nm) croissance le long de [0110] -

6 On peut modifier la morphologie en jouant sur la température
ou la pression partielle d’oxygène T°C O2%

7 10 µ 20 µ nanobelts 10 µ 50 µ

8 La nature du produit obtenu dépend de la position du substrat
et donc de la température de dépôt ZnO substrat Zn ZnO 200°C 400°C 300°C

9 Nano-rubans formés d’un cœur de Zn recouvert de ZnO
ZnO se décompose Zn se dépose et s’oxyde en ZnO ZnO(s) ZnO(g) ZnO(g) Zn(g) + 1/2O2(g)

10 oxydation superficielle et vaporisation du cœur de Zn
dissociation de ZnO dépôt de Zn et oxydation oxydation superficielle et vaporisation du cœur de Zn

11 Nano-rubans sur substrat plan
L ≈ 10-20µm - l ≈ nm e ≈ 3-4 nm Vue de dessus 600°C - 6h Vue latérale

12 nanotubes

13 Photo-luminescence de ZnO
UV visible Forte photoluminescence à 387 nm

14 Confinement quantique
Spectres de photoluminescence déplacement vers le bleu quand la largeur devient très petite excitation à 330 nm (Xe)

15 Transistor à effet de champ
ZnO - MOSFET I = f(V)

16 Structure non centro-symmétrique = piezo-électrique

17 Effet piezo-électrique
d33 cristal ruban Zhao, Wang, Mao, Nano Lett. 4 (2004) 587

18 une déformation mécanique
Bulk Acoustic Resonator Based on Piezoelectric ZnO Belts Brent A. Buchine,† William L. Hughes,† F. Levent Degertekin,‡ and Zhong L. Wang*,† un signal RF engendre une déformation mécanique résonance quand e = l/2 filtre électronique

19 Nature Materials, 4 (2005) 455

20

21

22 Bâtonnet et ruban interpénétrés

23 Souplesse des nano-rubans de ZnO
L’extrémité des rubans est repliée

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25 Anneaux & Hélices

26 Alternance de plans Zn2+ et O2-
Coupure des liaisons les plus longues

27 Rubans polaires - O2- face O2- (0001) chargée négativement +
Zn2+ O2- face Zn2+ (0001) chargée positivement face O2- (0001) chargée négativement - +

28 Surfaces polaires Polarisation le long de l’axe c
plan positif plan négatif - +

29 Journal of Physics: Conference Series 26 (2006) 1
Zhong Lin Wang

30 Nanosprings, nanospirals : ressorts et hélices
Rubans peu épais (5-20 nm) et souples Faces polaires (≈ capacitance) Les rubans polaires ont tendance à s’enrouler pour diminuer leur énergie électrostatique Anneaux fermés

31 Anneaux monocristallins
de ZnO 1µm

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33 (a) le ruban tend à se courber en s’allongeant pour diminuer la surface polaire
(b) compensation des charges + et - (c) le ruban s’enroule en hélice (d) la hauteur augmente progressivement pour donner un cylindre

34 anneau ressort

35 Enroulement en hélice La forme finale dépend de la compétition énergie électrostatique - énergie élastique

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37 nanohélices anneau ressort spirales

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39 Élément de base pour construire l’hélice (building block)
Formation des nano-hélices Élément de base pour construire l’hélice (building block) plans Zn2+ plans O2-

40 Rotation de 60° à chaque étape
axe C6 hélice

41 Hélices ‘ droite ’ et ‘ gauche ’

42 Les nano-hélices sont déformables

43 Déformation réversible des nanohélices
(mémoire de forme)

44 Torsion de l’hélice Nouvelle famille de céramiques à mémoire de forme !