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Phénomènes de transports électriques dans les solides
(Responsable : Christophe PIJOLAT)

  Analyse des phases gazeuses adsorbées
par thermodésorption (TPD)
 
 

Le développement des capteurs de gaz passe par la maîtrise des phénomènes liés à l'adsorption des gaz à la surface des matériaux sensibles utilisés.
Parmi les différentes techniques mises en oeuvre au laboratoire pour étudier l'adsorption des gaz (Thermogravimétrie, Microcalorimétrie, Surface spécifique par méthode BET, Porosimétrie, ....), la méthode de thermodésorption est particulièrement bien adaptée à l'étude des interactions entre un solide et une phase gazeuse. Cette méthode (TPD : Thermal Programmed Desorption) consiste à chauffer sous vide le matériau à analyser et à suivre au cours de la montée en température l'ensemble des espèces gazeuses désorbées à l'aide d'un spectromètre de masse.

Plusieurs installations de thermodésorption ont été développées et mises en place au laboratoire (figure1). Elles permettent d'identifier les gaz désorbés jusqu'à des températures d'environ 1000°C, à des vitesses de montée en température allant de 1 à 20 °C/mn et ceci avec différents spectromètres de masse (jusqu'à 200 uma).
L'appareillage permet de prétraiter les échantillons sous vide ou sous gaz (atmosphère oxydante, neutre ou réductrice) et de réaliser les thermodésorptions sous vide (cas le plus courant) ou sous pression atmosphérique à l'aide d'un dispositif d'introduction des gaz sur l'enceinte d'analyse par tube capillaire étuvé.

   
 
Figure 1: Installation de thermodésorption avec groupes de vides, enceinte de prétraitement gazeux, four et spectromètre de masse

L'analyse par thermodésorption, c'est à dire le suivi des molécules gazeuses désorbées lors de montées en température, permet l'accès à deux types de résultats:

d'une part la détermination exacte des températures de désorptions, et par suite un accès aux énergies de liaisons (adsorption Ea et désorption DH)
d'autre part l'identification des espèces qui désorbent, en particulier lorsque plusieurs espèces désorbent à la même température

Un exemple de spectre de thermodésorption est donné ci-dessous (figure 2). Il s'agit de comparaisons de poudres de SnO2 (pure et dopée platine) et plus particulièrement des spectres de désorption de l'oxygène et de l'eau.
Dans ce type d'étude, après des premières expérimentations permettant d'identifier les principales espèces gazeuses présentes à la surface du matériau, on suit dans un deuxième temps uniquement quelques espèces de façon comparative (semi-quantitatif) en fonction des paramètres de préparation ou traitement des poudres: granulométrie, surface spécifique, prétraitement gazeux, température de frittage,...
 
 

 
Figure 2 : Spectres de thermodésorption de l'eau et l'oxygène pour
deux échantillons de SnO2 : pur et dopé platine
   

  Thèses de doctorat soutenues sur le sujet dans l'équipe
 
D. N. BUI (1985)
Evolution des états de surface du dioxyde d'étain en fonction du traitement gazeux au dioxyde de soufre / Application à l'étude des systèmes SnO2 - H2S et SnO2 - Benzène
   
C. PIJOLAT (1986)
Etude des propriétés physico-chimiques et des propriétés électriques du dioxyde d'étain en  fonction de l'atmosphère gazeuse environnante / Application à la détection sélective de gaz (Doctorat d'Etat)
   
P. GILLARD (1987)
Etude des phénomènes de perméation de l'hydrogène à travers le palladium: aspect énergétique de la surface et rôle des impuretés
   
V. CHIAVAZZA (1987)
Etude des mécanismes réactionnels mis en jeu à la surface des poudres d'alliages d'aluminium au cours du dégazage
   
M.S. DUTRAIVE (1996)
Etudes des propriétés électriques du dioxyde d'étain / Nature des défauts et influence du mode d'élaboration
   

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Mise à jour, le  30/01/07. haut