REVETEMENTS THERMOCHROMES : PRINCIPES & APPLICATIONS

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

2 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

3 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

4 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

5 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 = nm b = nm c = nm b = ° ½ con métal Thermochrome : transition métal-isolant

6 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

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

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

9 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

10 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

11 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

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

13 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

14 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

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

16 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

17 MERCI POUR VOTRE ATTENTION !!!!!!