Nanomatériaux Dioxyde de Zinc. Généralités sur le ZnO L’oxyde de zinc est un composé chimique de formule « ZnO ». Il se présente généralement sous forme.

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1 Nanomatériaux Dioxyde de Zinc

2 Généralités sur le ZnO L’oxyde de zinc est un composé chimique de formule « ZnO ». Il se présente généralement sous forme de poudre inodore, de couleur blanche, appelée «zinc blanc» ou «blanc de zinc» non soluble dans l'eau. Ce solide est utilisé dans de nombreuses applications, telles que la fabrication de verres, de céramiques, dans la composition d'aliments et des crèmes solaires. Il est présent dans la nature sous forme de zincite, minéral comportant souvent du manganèse et ayant une coloration jaune à rouge.

3 Généralités sur le ZnO Le matériau ZnO se trouve à l’état naturel sous forme de «Zincite » (Fig. a,b). Il peut également être synthétisé de manière artificielle sous forme massive (figure c ). Figure : a Figure : b Figure : c

4 Généralités sur le ZnO Au niveau structural, il s’agit d’un cristal de forme wurtzite, composé d’un réseau hexagonal et d’un motif de deux atomes (zinc et oxygène) sur chaque nœud du réseau.

5 Synthèse de l’oxyde de zinc Des nanostructures de ZnO sous forme de couche mince et sous forme de poudre ont été obtenues par différentes méthodes de synthèse. On trouve dans la littérature deux types d’approches pour leurs synthèses : les méthodes physiques et les méthodes chimiques.

6 Méthodes physiques Beaucoup de travaux sur la synthèse de l’oxyde de zinc par voie physique ont été publiés. Ces méthodes nécessitent l’emploi de haute température et la mise en œuvre de lourdes infrastructures. Parmi ces méthodes on cite : les dépôts en phase vapeur (PVD). Dépôt par évaporation thermique. Dépôt par ablation laser.

7 Le dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour Physical Vapor Deposition) est un traitement de surface sous vide qui permet de déposer des films minces (TiN, CrAl, ZrB2,....) de quelques microns d'épaisseur et qui trouve de nombreuses applications dans l'industrie (diminution du coefficient de frottement, protection contre la corrosion ou les métaux liquides,...).

8 Le principe du dépôt PVD Pour faire simple, on vient arracher des atomes (ou molécules) d’un matériau à déposer (la cible), qui viennent adhérer sur le substrat à recouvrir. Cela peut se produire soit dans milieu passif (vide ou atmosphère inerte), soit dans un milieu actif (plasma).

9 Méthodes chimiques Les méthodes chimiques ont l’avantage d’être plus simple à mettre en œuvre, moins couteuses et elles permettent généralement un bon contrôle de la morphologie. Les méthodes les plus pertinentes et les plus rencontrées dans la littérature sont : Dépôt par spray pyrolyse. La méthode sol- gel. Synthèse par voie organométallique. Electrodéposition. La méthode hydrothermale.

10 Application des nanoparticules de ZnO Il existe de nombreuses applications faisant appel au ZnO dans de nombreux domaines. Parmi ces applications on citera : - Céramique. -Produits alimentaires (additif). -Fabrications des béton (additif). -Protection contre les rayons ultraviolets. -La protection de dispositif électroniques. -Crème solaire. -Caoutchouc et des cigarettes. -Réactions photocatalytiques. -Couche sensibles de capteurs de gaz à base de ZnO pour la détection du dioxyde d’azote.

11 Application des nanoparticules de ZnO Les Cellules solaires Une des solutions pour augmenter le rendement des cellules photovoltaïques, est l’intégration des nanofils de ZnO comme semi-conducteur de type n, dans celles-ci, afin d’agrandir la surface effective de l’interaction avec la lumière. Par ailleurs en dopant ces nanofils avec des nanoparticules de colorants, on pourrait également élargir leurs spectres d’absorption de la lumière, ce qui augmenterait aussi le gain de ces cellules Schéma d’une cellule solaire constituée de nanofils de ZnO semiconducteur

12 Les Générateurs d’électricité Une autre application des nanofils de ZnO, est la transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique, en se servant de leurs propriétés piézoélectriques. Ce type de procédés peut recouvrir la surface de fibres de Kevlar avec lesquelles on pourrait tisser une nouvelle génération de vêtements dans le but de récupérer l’énergie des mouvements corporels Application des nanoparticules de ZnO

13 Les Diodes électroluminescentes Depuis l’obtention expérimentale de l’émission laser de ZnO dans le domaine UV à la température ambiante, d’importants travaux de recherche sont menés actuellement, pour résoudre le problème du dopage p du ZnO, indispensable pour la réalisation des jonctions PN à partir desquelles seront développés des lasers et des diodes électroluminescentes émettant dans l’UV. Application des nanoparticules de ZnO

14 Protection UV Le ZnO possède la particularité d’absorber le rayonnement ultra violet, tout en étant transparent à la lumière visible, d’où son application comme couche de protection anti- UV. Beaucoup de matériaux de type oxyde métallique sont employés dans la formulation de produits à usage cosmétique (crème, fond de teint, vernis à ongle…), curatif (produits hygiène et soin) ou préventif (crème solaire). L'oxyde de zinc (ZnO) et le dioxyde de titane (TiO2) sont utilisés dans les crèmes solaires Application des nanoparticules de ZnO

15 Capteurs de gaz Les oxydes métalliques tels que SnO2 [68], In2O3 ou ZnO sont des semi-conducteurs à grand gap, dont la conductivité dépend fortement de la nature du gaz. Ainsi la présence d’un gaz réducteur (CO, hydrocarbures, H2…) va entraîner une augmentation de la conductivité de l’oxyde métallique, alors que la présence d’un gaz oxydant se traduira par un comportement inverse. Le seuil de détection, la reproductibilité et la stabilité dans le temps sont étroitement liés aux matériaux employés, qu’il s’agisse de leur composition, de leur morphologie ou de leur état de surface Application des nanoparticules de ZnO

16 Impact sur la santé et l’environnement EFFETS SUR LA SANTE Voies d'exposition La substance peut être absorbée dans l'organisme par inhalation de poussières ou de fumées, par les yeux et par voie percutanée. Effets liés à une exposition de courte durée L'oxyde de zinc est un corps toxique bien connu. Ses vapeurs sont très dangereuses. Les traces d'oxyde de zinc dégagé lors de la soudure des métaux, provoquent la fièvre des métaux. Risque inhalatoire Une concentration dangereuse de particules en suspension dans l'air peut être atteinte rapidement, surtout sous forme de fumées. Effets liés à une exposition prolongée ou répétée

17 Impact sur la santé et l’environnement EFFET SUR ENVIRONNEMENT La substance est très toxique pour les organismes aquatiques. La substance peut causer des effets à long terme sur l'environnement aquatique. Cette substance entre dans l'environnement lors d'une utilisation normale. Un grand soin devrait cependant être apporté pour éviter tout rejet supplémentaire, par exemple par un déversement inapproprié.

18 Conclusion L’oxyde de zinc a des propriétés très intéressantes, il est piézoélectrique, bon conducteur, absorbant, catalyseur, non toxique et abondant sur terre. Il trouve des applications dans d’innombrables domaines allant du photovoltaïque aux systèmes de détection. Son importance ne cesse de croître rivalisant ainsi avec les matériaux en course, pour l’amélioration des nouvelles technologies. Il constitue donc un matériau clé pour le développement technologique.