REVETEMENTS THERMOCHROMES PRINCIPES APPLICATIONS J F Pierson Laboratoire

REVETEMENTS THERMOCHROMES : PRINCIPES & APPLICATIONS J. F. Pierson Laboratoire de Science et Génie des Surfaces (UMR 7570) Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

PLAN DE L’EXPOSE 1) 2) 3) 4) 5) 6) Les matériaux thermochromes Le dioxyde de vanadium (VO 2) Méthodes d’élaboration de VO 2 Propriétés thermochromes dépôts de VO 2 Applications des dépôts thermochromes Conclusions Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

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 T > 0°C T = 0°C Confort Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

Principalement composés organiques Peu de matériaux inorganiques : Matériaux Nb. O 2 Température de transition (°C) 800 Bi. VO 4 300 Al 2 -x. Crx. O 3 VO 2 x = 0, 58 : -183 x = 0, 08 : 187 x = 0, 02 : 377 68 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

2) Le dioxyde de vanadium 7 polymorphes : VO 2 (M), VO 2 (R) VO 2 (M 1), VO 2 (M 2) VO 2 (A), VO 2 (B), VO 2 (C) Formes stables Formes hautes pressions Formes métastables A 68 °C : VO 2 (M) VO 2 (R) a= 0. 575 0. 455 nm b= 0. 542 0. 455 nm c= 0. 538 0. 288 nm b= 122. 6° ½ con métal Thermochrome : transition métal-isolant Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

La transition est visible : Electriquement Optiquement Chen et al. , Sens. Act. A 2004 La transition s’accompagne d’une hystérésis Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

3) Méthodes d’élaboration de VO 2 • Sol-gel • Evaporation • Pulvérisation réactive Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

Ar O 2 + - + N S N S H 2 O Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

4) Propriétés thermochromes dépôts de VO 2 Conditions de synthèse : 350 < T < 450 °C Jin et al. , NIM B 1998 Chen et al. , Sens. Act. A 2004 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

VO 2(M) Transparent dans l’IR VO 2 (R) Opaque dans l’IR Christmann et al. , TSF 1996 Dans le vis. : peu de différence ! Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

Tc = 68 °C pour VO 2 peu d’applications pratiques Modification de Tc DOPAGE Plusieurs éléments testés : W, Mo, F Sn, Al Tc Jin et al. , TSF 1998 Lee et al. , TSF 1996 Burkhardt et al. , TSF 2002 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

Variation linéaire de Tc avec la concentration de dopants Codopage W + F : Tc 0 °C !!!! Burkhardt et al. , TSF 2002 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

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 VO 2 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

5) Applications des dépôts thermochromes a) Vitrage intelligent Bâtiment Automobile Vitre / VO 2 I. R. BT I. R. HT Christmann et al. , TSF 1996 Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

2) Commutateur optique Temps de commutation : 3 ms Encore à optimiser (Chen et al. IPT 2004) Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

6) Conclusions • VO 2 présente une température de transition de 68 °C (variation de résistance et de transmittance) • Dépôt de VO 2 par pulvérisation pour 350 < T < 450 °C • Dopage de VO 2 : variation de Tc ( ou ) • Dépôt d’un AR pour augmenter encore la transmittance • Applications potentielles dans le domaine du vitrage Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006

MERCI POUR VOTRE ATTENTION !!!!!! Journées Verres – EEIGM – Nancy – 16 & 17 novembre 2006