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Morphogenèse Chimique Jacques Livage Collège de France www.labos.upmc.fr/lcmcp Cours du Collège de France 12.12.06.

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1 Morphogenèse Chimique Jacques Livage Collège de France Cours du Collège de France

2 Loxyde de Zinc ZnO 12 décembre 2006

3 Croissance le long de laxe c en prismes hexagonaux

4 Croissance naturelle prismes hexagonaux

5 1µm Plaquettes hexagonales

6 Croissance en rubans polaires face Zn-(0001) chargée positivement face O-(0001) chargée négativement -

7 1µm anneaux hélices

8 Nanocombs & Nanosaws - Nanopeignes & Nanoscies

9 Arborescences Filaments axiaux à partir desquels poussent des ramifications

10 2µm

11 O2O2 ZnO + SnO 2 P. Gao, Z.L. Wang, J. Phys. Chem. B, 106 (2002) 12653

12

13 Sn ZnO SnOn observe des petites billes de Sn au bout des fils de ZnO

14

15 ZnO Sn

16 Croissance de ZnO le long de deux directions perpendiculaires

17 Croisance en 2 étapes croissance axiale rapide des rubans le long de [0001] croissance radiale par épitaxie perpendiculaire aux rubans à partir de gouttelettes de Sn

18 Symétrie hexagonale

19 Croissance sur 1, 2, 4 ou 6 côtés Ramifications 1 µm

20 Pu Xian Gao and Zhong L. Wang* La forme des fils axiaux dépend de la face de croissance

21 Interaction faible entre Sn et les faces Zn 2+ prismes ZnO Interaction plus forte entre Sn et les faces O 2- pyramides ZnO

22 Les faces positives Zn 2+ soxydent pour donner ZnO tandis que les faces négatives O 2- restent plus inertes plans Zn 2+ plans O 2- Wang, Kong, Zuo, Phys. Rev. Lett. 385 (2003) En labsence de germes de Sn

23 Pas de germe Sn

24

25

26 JACS, 125 (2003) 4728

27 1 Croissance 1D rapide le long de laxe c 2 Formation de dendrites via la sursaturation locale résultant de processus de diffusion limitée 3 Extension 2D Du peigne au ruban 1 2 3

28

29 MEB MET 4 µ0,5 µ 200 nm À partir de rubans plutôt que de fils

30 Nanocastles

31 1 µ

32 0,2 µ

33 10 µ5 µ 1 µ 0,2 µ

34 Pyrite framboïdale Sphéroïdes <250 mm avec 10 3 to 10 6 microcristaux de même taille et même forme.

35

36 Croissance en deux étapes Évaporation dépôt 1100°C pendant 60 min substrat à 650°C 1300°C pendant 30 min substrat à 850°C

37

38 Petites billes de Sn à lextrémité

39 Paramètres = T°C - PO 2 Transport en phase vapeur : Zn(g) + 1/2 O2(g) ZnO(s) Chaque branche est un monocristal de ZnO wurtzite croissant le long de laxe hexagonal

40 Le diamètre varie de 0,1 à 2 µm quand on augmente PO 2 4 monocristaux allongés le long de la direction

41 La forme change quand PO 2 augmente 5% Croissance lente contrôle thermodynamique 10% Croissance rapide contrôle cinétique

42 Auto-assemblage des tétrapodes dimère trimère

43

44 Arm 1Patch 2

45

46 2006 Conjugaison des propriétés semi-conductrices et piezo-électriques de ZnO

47 ZnO - MOSFET Transistors à effet de Champ création d une zone dépeuplée au sein du n semi-conducteur par application dun champ électrique.

48 Transistor à effet de champ 200°C air 200°C vide 250°C vide ZnO-MOSFET

49 La conductance dun nanofil de ZnO diminue lorsquon lui applique une déformation force appliquée

50 Distribution des contraintes le long dun nanofil courbé distribution des charges création dune zone dépeuplée Création d une zone dépeuplée par déformation

51 courbure dun nanofil de ZnOcaractéristique I-V

52 Réseau de nanofils de ZnO Procédé Vapeur-Liquide-Solide croissance à partir de gouttelettes dor sur substrat dalumine l 200 à 500 nm d 20 à 40 nm distance 100 nm

53 le fil de ZnO est plié sous laction dune pointe dAFM Transformation dune énergie mécanique en énergie électrique Signal électrique provoqué par la déformationVibration du fil

54 La déformation entraîne lapparition de charges électriques (piezo-électricité) positives à lextérieur et négatives à lintérieur Utilisation des micro-décharges piezo-électriques générées par la déformation des nanofils de ZnO dans un réseau comprenant des millions de nanofils

55 Diode Schottky ZnO-Pt (redresseur) pôle positif V + Contact ohmique ZnO-Ag pôle négatif V - Transformation dun mouvement en courant électrique

56 Tension produite par un réseau de nanofils de ZnO au cours dun balayage par la pointe de lAFM


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