REVETEMENTS THERMOCHROMES : PRINCIPES & APPLICATIONS J.F. Pierson Laboratoire de Science et Génie des Surfaces (UMR 7570)

PLAN DE L’EXPOSE Les matériaux thermochromes Le dioxyde de vanadium (VO2) Méthodes d’élaboration de VO2 Propriétés thermochromes des dépôts de VO2 Applications des dépôts thermochromes Conclusions

1) Les matériaux thermochromes Thermochromie : 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

Température de transition (°C) Principalement composés organiques Peu de matériaux inorganiques : Température de transition (°C) Matériaux NbO2 800 BiVO4 300 Al2-xCrxO3 x = 0,58 : -183 x = 0,08 : 187 x = 0,02 : 377 VO2 68

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 nm b = 0.542 0.455 nm c = 0.538 0.288 nm b = 122.6° ½ con métal Thermochrome : transition métal-isolant

La transition s’accompagne d’une hystérésis La transition est visible : Electriquement Optiquement Chen et al., Sens. Act. A 2004 La transition s’accompagne d’une hystérésis

3) Méthodes d’élaboration de VO2 Sol-gel Evaporation Pulvérisation réactive

Ar O2 + + - N S N S S N H2O H2O

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

Dans le vis. : peu de différence ! VO2(M) Transparent dans l’IR VO2 (R) Opaque dans l’IR Dans le vis. : peu de différence ! Christmann et al., TSF 1996

Tc = 68 °C pour VO2 peu d’applications pratiques Modification de Tc  DOPAGE Plusieurs éléments testés : W, Mo, F  Tc Sn, Al  Tc Jin et al., TSF 1998 Lee et al., TSF 1996 Burkhardt et al., TSF 2002

Variation linéaire de Tc avec la concentration de dopants Codopage W + F : Tc  0 °C !!!! Burkhardt et al., TSF 2002

Cause possible : mise en compression de VO2 Dopage modifie Tc mais : Elargit l’hystéresis Diminue l’amplitude de la transition  Dépôt d’un antireflet Lee et al., TSF 2000 Cause possible : mise en compression de VO2

5) Applications des dépôts thermochromes a) Vitrage intelligent Bâtiment Automobile Vitre / VO2 BT Vitre / VO2 HT I.R. I.R. Christmann et al., TSF 1996

Temps de commutation : 3 ms Encore à optimiser 2) Commutateur optique Temps de commutation : 3 ms Encore à optimiser (Chen et al. IPT 2004)

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

MERCI POUR VOTRE ATTENTION !!!!!!