L’oxyde de zinc, ZnO 5 décembre 2006

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

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

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

- 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] -

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

10 µ 20 µ nanobelts 10 µ 50 µ

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

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)

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

Nano-rubans sur substrat plan L ≈ 10-20µm - l ≈ 300-400 nm e ≈ 3-4 nm Vue de dessus 600°C - 6h Vue latérale

nanotubes

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

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

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

Structure non centro-symmétrique = piezo-électrique

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

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

Nature Materials, 4 (2005) 455

Bâtonnet et ruban interpénétrés

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

Anneaux & Hélices

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

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

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

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

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

Anneaux monocristallins de ZnO 1µm

(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

anneau ressort

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

nanohélices anneau ressort spirales

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-

Rotation de 60° à chaque étape axe C6 hélice

Hélices ‘ droite ’ et ‘ gauche ’

Les nano-hélices sont déformables

Déformation réversible des nanohélices (mémoire de forme)

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