Conception, caractérisation et mise en œuvre de matériaux organiques conducteurs pour des applications dans le domaine des capteurs chimiques PDF Download
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Book Description
L’objectif de nos travaux est la réalisation d’un capteur d’ammoniac ayant une couche sensible tout organique capable de détecter et de doser l’ammoniac sur site et en temps réel. L’ensemble des étapes nécessaires à la conception d’un capteur de la synthèse à l’évaluation des performances sont présentées. Les choix du matériau et de sa synthèse ont été faits dans le but de rendre la conception du capteur transférable en milieu industriel. Le matériau ainsi choisi a été caractérisé pour s’assurer de sa capacité à s’intégrer dans le dispositif de détection. La mise en place d’une chambre d’exposition a permis d’évaluer les performances des capteurs dans une atmosphère contrôlée en température, humidité relative et concentration en ammoniac. Une étude des grandeurs d’influence comme la température et l’humidité relative a été réalisée. Les performances des capteurs ainsi réalisés ayant pour couche sensible un composite tout polymère à base de polyaniline montrent que ces dispositifs, sans développement supplémentaire, peuvent déjà concurrencer les capteurs d’ammoniac sur le marché en termes d’étendue de mesure, de temps de réponse, de durée de vie... De plus, ces capteurs présentent un avantage non négligeable en levant le verrou technologique de la réversibilité des réponses permettant ainsi d’utiliser le capteur sans intervention extérieure entre deux mesures de pollution atmosphérique.
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L’objectif de nos travaux est la réalisation d’un capteur d’ammoniac ayant une couche sensible tout organique capable de détecter et de doser l’ammoniac sur site et en temps réel. L’ensemble des étapes nécessaires à la conception d’un capteur de la synthèse à l’évaluation des performances sont présentées. Les choix du matériau et de sa synthèse ont été faits dans le but de rendre la conception du capteur transférable en milieu industriel. Le matériau ainsi choisi a été caractérisé pour s’assurer de sa capacité à s’intégrer dans le dispositif de détection. La mise en place d’une chambre d’exposition a permis d’évaluer les performances des capteurs dans une atmosphère contrôlée en température, humidité relative et concentration en ammoniac. Une étude des grandeurs d’influence comme la température et l’humidité relative a été réalisée. Les performances des capteurs ainsi réalisés ayant pour couche sensible un composite tout polymère à base de polyaniline montrent que ces dispositifs, sans développement supplémentaire, peuvent déjà concurrencer les capteurs d’ammoniac sur le marché en termes d’étendue de mesure, de temps de réponse, de durée de vie... De plus, ces capteurs présentent un avantage non négligeable en levant le verrou technologique de la réversibilité des réponses permettant ainsi d’utiliser le capteur sans intervention extérieure entre deux mesures de pollution atmosphérique.
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Dans le cadre de la thématique de recherche du Département Chimie-Environnement de l’Ecole des Mines de Douai portant sur le développement de capteurs de polluants gazeux, de précédents travaux de thèse avaient permis la mise au point d’un capteur chimique d’ammoniac présentant une teneur minimale détectable de 10 ppm, une réponse réversible et une durée de vie supérieure à 3 ans, répondant ainsi au défaut majeur des cellules électrochimiques du marché. La surface sensible du capteur synthétisée de manière propre pour l’environnement, se compose principalement d’un polymère conducteur intrinsèque dont la résistance électrique varie proportionnellement à la concentration en gaz. L’objectif visé dans cette thèse est double : d’une part améliorer les performances métrologiques du capteur d’ammoniac, d’autre part modifier sa surface sensible par une méthode appropriée à la détection spécifique du formaldéhyde. Pour le premier objectif, différents paramètres d’influence tels que la température, l’humidité relative, la vitesse de vent et les composés gazeux interférents ont tout d’abord été évalués, puis le seuil de détection a été réduit d’un facteur 100 par la réalisation de couches minces sur peignes interdigités. Les performances des différentes synthèses ont été comparées et enfin, la robustesse de ces capteurs a été testée lors de campagnes terrains en élevages porcins, qui sont parmi les contributeurs majeurs des émissions d’ammoniac. Pour le second objectif, plusieurs composés sensibles et sélectifs au formaldéhyde ont été introduits dans la surface sensible du capteur et testés. Le fluoral-p a finalement été retenu. Les premiers résultats obtenus ont montré une sensibilité au formaldéhyde proportionnelle à sa concentration, avec une limite de détection de quelques ppm et un temps de réponse inférieur à la minute. Le concept utilisé ici est innovant et montre la faisabilité de la détection du formaldéhyde basé sur la mesure simple des variations de la résistance électrique du film réalisé. La limite de détection reste cependant à diminuer afin de répondre à la problématique de la mesure du formaldéhyde en air intérieur.
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Depuis le début du troisième millénaire, des domaines comme l'automobile, le médical, l'industrie agroalimentaire ou l'électronique grand public (smartphone, ordinateur, Hi-fi etc.) sont devenus de plus en plus demandeurs de puces électroniques. Les besoins ont évolué de sorte que la diversification des fonctions des puces électroniques est devenue le nouveau paradigme de la microélectronique. Dans le même temps, des objets biologiques ayant des propriétés très diverses et très spécifiques sont découverts et étudiés. Certains sont conceptuellement considérés comme des solutions ultimes pour répondre à certains défis de l'électronique moderne comme l'utilisation d'origami d'ADN pour la lithographie. De plus il existe une adéquation entre les dimensions des objets biologiques et les transistors les plus fins. Nous nous sommes donc posé la question de savoir si cette convergence d'échelle pouvait permettre la cohabitation de l'électronique et de la biologie pour créer des dispositifs hybrides. Nous avons d'abord étudié l'utilisation d'objets biologiques filiformes comme interconnexions nanométriques. Dans ces recherches des objets biologiques sont utilisés en substitution de matériaux classiques. Toutefois il est loin d'être évident de mesurer leurs propriétés électroniques (mobilité des charges, fiabilité) contrairement aux semi-conducteurs standards. Nous avons donc construit un dispositif de tests électriques facilement utilisable par les biologistes et les électroniciens pour la caractérisation électrique de ces objets biologiques nanométriques. Certains objets biologiques réalisent, de manière naturelle, des interactions ciblées avec des agents biologiques spécifiques parfois pathogènes ou dangereux, ils ont aussi l'avantage de pouvoir être fabriqués à façon comme les protéines. Cela permet d'ouvrir une nouvelle voie dans la fabrication de capteurs dans laquelle les objets biologiques seront interfacés avec les structures électroniques. Nous avons donc travaillé sur la fabrication d'un capteur hybride à base de nanofils de silicium pilotés par un circuit CMOS et permettant un interfaçage entre nanofil et objet biologique. Dans le domaine des capteurs il existe une application qui focalise actuellement beaucoup l'attention, la détection de charges électriques de faibles intensités. Il existe plusieurs techniques mais elles sont toutes perfectibles soit à cause de leur coût soit à cause du temps nécessaire à la réalisation du séquençage soit encore à cause de la difficulté de mise en œuvre du séquençage. Nous avons donc étudié la possibilité de détecter une charge électrique unique. Etant donné la complexité de la question nous avons décidé de répondre à l'aide d'une série de simulations.
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Le travail rapporté dans ce mémoire de thèse concerne la synthèse et la caractérisation de nouveaux semi-conducteurs organiques basés sur un coeur bithiophène. Ce travail s'inscrit dans le prolongement de précédents travaux réalisés au laboratoire portant sur des dérivés du type distyryl-oligothiophènes. Au cours de ce travail, plusieurs voies de synthèse ont été développées afin de fonctionnaliser un coeur bithiophène, rigide ou non, avec différents groupements fonctionnels, principalement pour trois types d'applications : (i) la réalisation de transistors à base de couche mince organique (OFETs), (ii) l'élaboration de cellules solaires à partir de composés push-pull et (iii) le développement de capteurs. Le premier chapitre est consacré à la fonctionnalisation du benzo-[2,1-b:3,4-b']dithiophène-4,5-dione soit par des groupements mésogéniques soit par des motifs aminostyryles. L'objectif est la possibilité de préparer des OFETs par la voie liquide et de tirer profit des propriétés cristal liquide pour améliorer les performances électriques. Les propriétés cristal liquides ont été décrites, et les transistors réalisés. Malheureusement aucune mobilité de porteur de charge n'a pu être enregistrée. Dans un deuxième temps, des modifications structurales ont été apportées sur certaine des structures synthétisées afin d'améliorer les propriétés recherchées. Toutefois, au moment de la rédaction de ce manuscrit, les OFETs n'étaient pas réalisés. Dans le deuxième chapitre, de nouvelles molécules push-pull de type cruciformes ont été synthétisées dans le but d'évaluer leurs performances en tant que composés organiques actifs dans des dispositifs photovoltaïques.
Author: Simon Clavaguera Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 301
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Dans le cadre de la lutte antiterroriste, il est crucial d'être en mesure de détecter la présence d'explosifs dans des lieux publics. De même, le déminage des anciennes zones de conflits nécessite également de développer des outils adaptés à la détection d'explosifs. Cette thèse est consacrée à l'étude de matériaux organiques fluorescents pour la détection de nitroaromatiques qui figurent parmi les explosifs les plus courants. L'objectif de cette thèse est triple puisqu'il s'agit à la fois de concevoir de nouveaux matériaux sensibles aux nitroaromatiques par inhibition de fluorescence, de développer un prototype et de mieux cerner les mécanismes de détection des nitroaromatiques. Nous explorons la synthèse et l'utilisation de nouveaux co-polymères alternés comportant des segments conjugués fluorescents de type phénylèneéthynylène et des unités chirales de possédant un axe de symétrie C2. La présence de cette unité est susceptible de limiter les interactions pi-pi entre les fluorophores et de conférer au matériau des propriétés adéquates. Dans le but d'obtenir une sensibilité optimale, nous étudions l'incidence de la nature du segment conjugué d'une part et le type d'unité chirale d'autre part. Nous nous intéressons également aux interactions entre les nitroaromatiques et les matériaux sensibles. Les polymères alternés développés dans ce cadre conduisent à des dépôts homogènes et reproductibles. Leur bonne sensibilité et leur excellente sélectivité pour la détection des nitroaromatiques en fait d'excellents candidats pour la réalisation de capteurs. L'aboutissement de ce travail de recherche est le développement d'un prototype de détection miniaturisé
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L'objectif de nos travaux est la r alisation d'un capteur d'ammoniac ayant une couche sensible tout organique capable de d tecter et de doser l'ammoniac sur site et en temps r el. L'ensemble des tapes n cessaires la conception d'un capteur de la synth se l' valuation des performances sont pr sent es. Les choix du mat riau et de sa synth se ont t faits dans le but de rendre la conception du capteur transf rable en milieu industriel.Le mat riau ainsi choisi a t caract ris pour s'assurer de sa capacit s'int grer dans le dispositif de d tection. La mise en place d'une chambre d'exposition a permis d' valuer les performances des capteurs dans une atmosph re contr l e en temp rature, humidit relative et concentration en ammoniac.Les performances des capteurs ainsi r alis s, sans d veloppement suppl mentaire, peuvent d j concurrencer les capteurs d'ammoniac sur le march en termes d' tendue de mesure, de temps de r ponse, de dur e de vie... De plus, ces capteurs pr sentent un avantage non n gligeable en levant le verrou technologique de la r versibilit des r ponses permettant ainsi d'utiliser le capteur sans intervention ext rieure entre deux mesures.
Author: LALAUZE René Publisher: Lavoisier ISBN: 274628832X Category : Languages : en Pages : 386
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Capteurs chimiques, biocapteurs et biopuces constitue un état de l'art en matière de détection d'espèces gazeuses, ioniques et biologiques. Il présente les aspects fondamentaux et technologiques des différents types de capteurs. Les matériaux sensibles aux différentes espèces chimiques et biologiques y sont exposés en termes d'élaboration et de performance. Les transducteurs mécaniques, électriques, électrochimiques, piézoélectriques, optiques et biologiques, sont décrits sous l'angle de leur fabrication et de leur mise au point pour des applications spécifiques. Les microréacteurs, les nanotechnologies et les technologies souples font également l'objet d'une étude approfondie. Enfin, le problème du traitement de l'information à travers les réseaux neuronaux ou les nez électroniques est traité.
Author: Thien-Phap Nguyen Publisher: ISTE Group ISBN: 1784056987 Category : Science Languages : fr Pages : 220
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Grâce à leurs propriétés particulières, les semi-conducteurs organiques permettent d’élaborer des dispositifs de grande surface et à coûts réduits, ouvrant la voie aux applications souples et nomades qui remplacent avantageusement celles réalisées avec les semi-conducteurs traditionnels. Dans ce second volume, les principales applications des semi-conducteurs organiques telles que les diodes électroluminescentes (OLED), les cellules solaires (OPV) et les transistors organiques (OFET) sont étudiées. La commercialisation de ces nouveaux dispositifs est ensuite discutée en se basant sur le schéma du triangle de Brabec, dans lequel le rendement, la stabilité et le coût de production sont des facteurs clés. L’impact environnemental des dispositifs organiques est également traité par l’analyse de leur cycle de vie. Cet ouvrage présente les aspects appliqués de l’électronique organique tant sur le plan technologique qu’économique et environnemental. Il s’adresse aux chercheurs et étudiants en filières universitaires ou en écoles d’ingénieurs se spécialisant en électronique, énergies et matériaux.
Author: Myriam Bouhadid
Author: Myriam Bouhadid
Author: Stéphanie Carquigny
Author: Corentin Carmignani
Author: Hecham Aboubakr
Author: Simon Clavaguera
Author: Myriam Bouhadid
Author: 
Author: LALAUZE René
Author: Debliquy
Author: Thien-Phap Nguyen