Développement et validation de couches sensibles à l’ozone à faible teneur dans l’atmosphère. F. Berger, J-B Sanchez, N. Martin 18 Décembre 2014.

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1 Développement et validation de couches sensibles à l’ozone à faible teneur dans l’atmosphère. F. Berger, J-B Sanchez, N. Martin 18 Décembre 2014

2 Raquel A Silva et al., Global premature mortality due to anthropogenic outdoor air pollution and the contribution of past climate change, Environmental Research Letter, 8 (2013) En 2012 : plusieurs millions de décès prématurés liés à la pollution extérieure et intérieure (gaz et particules) Contexte de l’étude Quels sont les systèmes de mesure disponibles actuellement ? Très performants, Non mobiles, Très onéreux (  40k€). Portables, Sensibles aux interférents, Onéreux (  3 k€). Miniaturisés, 2,32 milliards de $ en 2018 Source : Global Industry Analysts Inc. O 3, CO, NOx, NH 3, COVs,… Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion <75 ppb

3 Capteurs à oxydes métalliques (MOS) Contexte de l’étude Dispositifs très prometteurs mais performances de base encore perfectibles 3 R Tension chauffage Réaction chimique de surface impliquant les molécules à détecter SnO 2, WO 3, ZnO, In 2 O 3 … Rapidité de la réponse sous polluants Temps de recouvrement sous air rapide Miniaturisés Bonne sensibilité Faible coût (  40 €), Non sélectifs, Températures de fonctionnement élevées (350-500°C). 5 mm Plateforme multi-capteurs Développement de systèmes annexes Synthèse de couches sensibles nano- structurées Discrimination de différentes atmosphères Abaissement la température de fonctionnement Détection sélective Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion

4 Deux axes d’études 4 - Elaboration de couches mince de dioxyde d’étain - Diminution de la température de détection de l’ozone ? Approche chimique : Elaboration de nouvelles couches sensibles par voie sol-gel Approche physique : Elaboration de couches nano-structurées par procédé GLAD - Dépôt de couches d’oxyde de tungstène - Couches sensibles à l’ozone? Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion Dispositif expérimental de test sous ozone Multi-Sensor- Platform MSP- 632 de Hereaus

5 5 Nouvelle voie de synthèse du SnO 2 par voie sol-gel (voie alcoolique): Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion Approche chimique : Elaboration de nouvelles couches sensibles Répétabilité de la réponse sous ozone. Bonne sensibilité pour O 3 Comportement « Capteur » Détection d’ozone sous air sec à T amb 75 ppb T=5min

6 100 nm Approche physique : Elaboration de couches nano-structurées par procédé GLAD (WO 3 ) Introduction / Premier axe / Second axe / Conclusion Détection d’ozone sous air sec à T=400°C Concentration O 3 = 220 ppb 6 Couches très sensibles à l’ozone Influence des paramètres d’élaboration

7 7 Introduction / Premier axe / Second axe / Conclusion Dépôt de couches de SnO 2 par voie chimique  Limite de détection inférieure à 50 ppb  Sous air sec  Répétabilité des mesures  Température de couche sensible : Tamb Dépôt de couches de WO 3 par voie physique  Limite de détection inférieure à 50 ppb  Sous air sec  Répétabilité des mesures  Température de couche sensible : 400°C Perspectives  Mesures sous air humide pour les deux types de couches  Test de sélectivité  Développement d’algorithme de traitement de signal (amélioration de la sélectivité) Diffusion des résultats : article en cours de rédaction « Improvement of ozone detection with WO 3 oriented films" Journal : Materials Letters Conclusion

8 8 Organisation de l’équipe Thèmes de recherche Laboratoire chrono- environnement Capteurs chimiques 1- Synthèse de couches sensibles (Resp. F. BERGER) 2- Conception de microsystèmes fluidiques (Resp. J.B. SANCHEZ) Caractérisations électriques de matériaux sensibles Projets collaboratifs WO 3, VO 2 Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion

9 Elaboration de nouvelles couches sensibles pour la détection d’ozone Détection d’ozone sous air humide – T=50°C Introduction / Premier axe/ Second axe / Conclusion RH = 70% Temps d’exposition : 12 s 9 Concentration O 3 = 220 ppb