Les matériaux étudiés sont principalement des poudres d'oxydes métalliques. La compréhension et la modélisation des mécanismes d'interactions gaz-solides impliquent la maîtrise des différents éléments constitutifs du système représenté sur la figure 1.

Pour suivre ces propriétés électriques, il convient d'abord de mettre en forme le matériau et de réaliser des contacts électriques (souvent par dépôt de métaux nobles en couches minces). Le dispositif étudié peut alors être représenté par un circuit électrique complexe constitué d'un ensemble d'éléments résistifs et capacitifs.

Parmi les principales parties constitutives du circuit, on peut citer: les interfaces metal-semiconducteur (électrodes), les grains du matériau (propriétés intrinsèques et défauts extrinsèques) ainsi que les joints de grains. A cela, il faut ajouter les états de surfaces des grains (espèces adsorbées: oxygène, groupements hydroxyles, ...) et tenir compte des différentes activités catalytiques des grains et des électrodes métalliques.

La méthode de mesure électrique par impédances complexes permet de séparer ces différentes parties et d'étudier leurs influences respectives.

Figure 1: Différents phénomènes intervenant dans le processus de conduction électrique dans un matériau polycristallin.

Pour différentes applications, et en particulier pour le développement de capteurs de gaz, il est nécessaire d'étudier et de contrôler l'évolution de ces systèmes avec la température. Cela est d'autant plus difficile que tous les phénomènes décrits précédemment sont activés thermiquement.

Différents réacteurs ont été développés au laboratoire pour étudier les propriétés électriques (essentiellement la conductivité électrique) en fonction de la température et sous atmosphère gazeuse contrôlée (figure 2).

Figure 2 : Banc de tests de matériaux sous gaz et en température (cellules à parois froides et fours) / Systèmes de mesures par points mécaniques mobiles / Analyseurs de gaz IR.