Elaboration et caractérisation de couches minces ZNO
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Date
2017
Authors
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Publisher
Université Oum El Bouaghi
Abstract
Ce travail de thèse a pour objectif l'élaboration et la caractérisation des films d'Oxyde de Zinc (ZnO) pour l'application photocatalytique. Nous avons utilisé la technique sol gel pour élaborer ces couches à cause de sa simplicité et son faible cout. Les échantillons ont été élaborés en variant, séparément, plusieurs paramètres : la nature du précurseur de zinc, le type du solvant, la concentration du précurseur de Zn, la vitesse de tirage, le temps de trempage, la température de recuit, le temps de recuit et le dopage par plusieurs éléments (Ga et Al). Après leur élaboration, les films ont subi diverses caractérisations : structurales, morphologiques, optiques et électriques. La caractérisation structurale montre que les films ZnO ont une structure hexagonale d'orientation préférentielle sur le plan (002). Cependant, nous avons noté que le film préparé à partir du chlorure de zinc comme précurseur montre une orientation préférentielle suivant la direction (101). La caractérisation optique a montré que tous les films présentent une transmittance élevée dans la région visible avec un bord d'absorption net d'environ 375 nm. La valeur du gap optique est de l'ordre de 3,36eV. Les mesures de la conductivité électrique des films confirment que ces matériaux jouissent de bonnes conductivités surtout pour ceux dopés avec le galium et l'aluminium. La photocatalyse des couches minces ZnO élaborées a été étudiée pour la dégradation du colorant du bleu de méthylène sous la lumière UV, ou nous avons montré que la concentration du colorant du bleu de méthylène 10-5 M donnait la meilleure efficacité photocatalytique. L'introduction de différents dopages en galium et en aluminium dans les couches minces ZnO, permet d'augmenter la performance photocatalytique de ces dernières sous irradiation UV.
This thesis deals with the deposition and characterization of zinc oxide thin film for the photocatalytic application. Films were synthesized by sol gel method due to its simplicity and low cost. Sets of films were prepared by varying several deposition parameters namely the nature of the Zn precursor, the nature of solvent, the concentration of the Zn precursor, withdrawal speed, soaking time, annealing temperature, annealing time and doping by several elements (Ga and Al). After preparation films were subjected of various characterizations: structural, morphological, optical and electrical. The structural characterization indicates that ZnO films have a hexagonal structure with a preferential orientation along the (002) plane. However, the film prepared from the zinc chloride precursor shows a preferential orientation along the (101) plan. SEM and AFM images showed that the ZnO thin films surface appeared flat and the grain size was uniformly distributed. The optical studies show that all ZnO films has exhibit high transmittance in the visible region with a net absorption edge of about 375 nm; the optical gap value is in the order of 3.36 eV suggesting that ZnO thin films can be a good candidate for the photocatalytic application. Measurements of the electrical conductivity of the films confirm that these materials have good conductivity in particular for films doped with Ga and Al. The photocatalysis of the ZnO thin films developed has been studied for the degradation of methylene blue dye under UV light, or we have shown that the concentration of the dye of methylene blue 10-5 M gives the best photocatalytic efficiency. The introduction of different gallium doping and aluminum in the ZnO thin films improved photocatalytic activity for the degradation of methylene blue dye under UV light in comparison with the undoped ZnO film.
Description
Keywords
Couches minces ZnO, Photocatalytique