REVETEMENTS THERMOCHROMES : PRINCIPES & APPLICATIONS

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. T > 0°C T = 0°C 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

4. Matériaux Température de transition (°C) Principalement composés organiques Peu de matériaux inorganiques : 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 Formes stables Formes hautes pressions Formes métastables 7 polymorphes : VO2 (M), VO2 (R) VO2 (M1), VO2 (M2) VO2 (A), VO2 (B), VO2 (C) A 68 °C : VO2 (M)  VO2 (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

6. Electriquement Optiquement La transition est visible : 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. N S N S N S - Ar O2 + + 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. 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. 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. Vitre / VO2 Vitre / VO2 I.R. BT HT I.R. 5) Applications des dépôts thermochromes a) Vitrage intelligent Bâtiment Automobile Christmann et al., TSF 1996

15. 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 !!!!!!