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Le principe de ces capteurs est basé sur le suivi des variations de la résistance électrique du dioxyde d'étain en fonction de l'atmosphère gazeuse environnante.
Au niveau des phénomènes de base (voir thèmes de recherche précédents), le fonctionnement de ces capteurs résistifs repose sur la dépendance de la conductivité
électrique avec le nombre de défauts (V°O) en oxygène dans le réseau cristallin, conséquence de la non-stoechiométrie de l'oxyde d'étain (SnO2-X).
En fait, par rapport à cette conductivité de volume, le fonctionnement de ces capteurs à moyenne température (300-500°C pour la détection d'un grand nombre de gaz) est plus lié aux variations
de conductivité de surface. Celle-ci est principalement dépendante des espèces chimiques adsorbées à la surface du matériau, en particulier les groupements oxygénés (O-,
O--, O-2, OH-,...). Toutes interactions avec des gaz oxydants ou réducteurs entraînant des variations des concentrations de ces espèces conduisent à des variations
de résistance électrique utilisables pour la détection gazeuse.
Parmi les différentes performances réclamées aux capteurs de gaz miniaturisés (coûts, facilité d'emplois, reproductibilité,...), on insiste généralement sur la nécessité
d'obtenir le meilleur compromis entre Sensibilité , Sélectivité et Stabilité dans le temps. Notre activité de recherche est depuis plus d'une dizaine d'années focalisée sur l'obtention
de ce compromis. Cela implique en particulier de bien maîtriser l'ensemble de la chaîne de fabrication des capteurs, c'est à dire les différentes étapes suivantes :
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 réalisation de l'élément sensible (matériau fritté
ou dépôt de couches minces) |
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réalisation des substrats chauffants |
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adaptation de l'élément sensible sur le substrat chauffant (connectique) |
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réalisation de l'électronique de contrôle et acquisition du
signal |
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maîtrise des conditions de tests |
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Les performances des capteurs obtenus dépendent de l'ensemble des étapes exposées ci-dessus.
L'obtention de critères de sélectivité est généralement difficile avec les capteurs de type SnO2. Dans ce sens, nous avons plus particulièrement axé notre recherche sur l'exploitation
des courbes G=f(T) (conductance électrique en fonction de la température des capteurs).
Un exemple est donné sur la figure 2 représentant la réponse d'un capteur de type fritté sous alcool (100 ppm éthanol), CO (300 ppm) et CH4(1000 ppm). La forme des courbes est liée
à la nature du gaz et leurs intensités aux concentrations respectives des gaz.
L'exploitation de ces courbes pour une détection sélective des gaz peut se faire de différentes façons: |
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en isotherme avec une utilisation de plusieurs capteurs régulés
à des températures |
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en réalisant des cycles en température avec un traitement
par analyse multivariables (voir thèse N. Perdreau) |
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