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Surfaces et Interfaces d’Oxydes Métalliques (SIOM)

Objectif scientifique

Comprendre les mécanismes mis en jeu à la surface et aux interfaces de matériaux (notamment des oxydes métalliques) en interaction avec un gaz ou un solide : réactivité de surfaces monocristallines ou de nanoparticules, dépôts de quelques monocouches à plusieurs centaines de nanomètres de métaux, d’oxydes, de carbo nitrures ou oxy nitrures.

Bruno DOMENICHINI

Responsable

bruno.domenichini[at]ubfc.fr
Tél : 03 80 39 39 40

Thématiques de recherche

Caractérisation des défauts de surfaces monocristallines de dioxyde de titane

Utilisation de la diffraction de photoélectrons résonante pour accéder à la structure électronique locale autour d’une espèce chimique : détermination de la nature et de l’environnement local de défauts ponctuels résultant d’un écart à la stœchiométrie ou d’une réaction d’oxydo-réduction dans le dioxyde de titane.

Interactions métal/oxydes et élaboration de nanostructures supportées contrôlées

  • Elaboration de nanostructures supportées, de taille nanométrique, grâce au contrôle des réactions interfaciales.
  • Etudes par spectroscopies électroniques, microscopie à effet tunnel et calculs quantiques dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT).
  • Développement d’une technique de préparation de nanostructures sur des surfaces, à partir de la compréhension des mécanismes d’adsorption et de décomposition de précurseurs carbonyls.

Mécanismes de croissance d’oxydes du tungstène sur divers substrats

  • Étude des mécanismes de croissance de nano bâtonnets d’oxyde de tungstène sur des surfaces de mica.
  • Analyse cristallographique par microscopie électronique en transmission.
  • Mise en évidence du rôle déterminant joué par le potassium sur la stabilisation de différentes formes d’oxydes de tungstène.
  • Contrôle des phénomènes d’interdiffusion à l’interface.
  • Élaboration de films ultra-minces polycationiques d’oxydes (silicates de baryum présentant une interface abrupte avec le substrat).

  • Couches Ti(N,O) pour applications photocatalytiques.
  • Couches minces colorées Ti(C,N,O) pour applications décoratives :
    Caractérisations par spectroscopie électronique, microscopie électronique en transmission et spectroscopie micro Raman de films minces Ti(C,N,O) obtenus par PVD en fonction des paramètres de croissance. Lien avec la couleur de la couche.
  • Fonctionnalisation par impact laser de substrats de titane :
    Caractérisations de couches minces formées par traitement de substrats de titane avec des lasers impulsionnels Nd-YAG (morphologie, structure et composition chimique). Influence des différents paramètres sur l’insertion des éléments légers C, N et O.
  • Revêtements d’outils de coupe :
    Développement de revêtements pour l’amélioration de la résistance à l’usure par abrasion et aux chocs des arêtes de coupe par traitements de surfaces : application en 1ère et 2ème transformation du bois.

  • Etude de systèmes nanostructurés supportés grâce à l’effet SERS, c’est-à-dire par exaltation de la diffusion Raman quand l’objet à étudier est très proche de la surface d’un métal noble nanostructuré excité dans sa résonance plasmonique.
  • Développement de substrats SERS de performances reproductibles et détection par SERS de biomarqueurs en cancérologie.
    European Project (FP7-ICT-2009) SPEDOC : Surface Plasmon Early Detection & Treatment Follow-up of Circulating Heat Shock Proteins &Tumor Cells

Membres de l’équipe

  • AVRIL Ludovic
  • CACUCCI Arnaud
  • LAVKOVA Jaroslava
  • NAZON Julien
  • SIMON Pardis
  • ZANFONI Nicolas
  • ASADUZZAMAN Abu
  • BOUKROUH Smain
  • BREVET Aude
  • BRUYERE Stéphanie
  • DA PIEVE Fabiana
  • DEBBICHI Lamjed
  • GENEVES Thomas
  • KOUTIRI Issam
  • KRUGER Peter
  • PAUFERT Pierre
  • PETERLE Paul Maurice
  • MITORAJ Marzena
  • REYMOND-LARUINAZ Sébastien
  • TORRENT Franck
  • TSIAOUSIS Ioannis
  • WAN Xiaowen

Domaines d’application

Le contrôle des processus réactionnels ayant lieu à la surface d’un oxyde permet :

  • la réalisation de matériaux sous forme de films minces, ultraminces ou de nanostructures supportées,
  • la maîtrise des propriétés mécaniques, optiques ou chimiques de ces matériaux.

Ceci permet l’obtention de propriétés nouvelles remarquables susceptibles d’être utilisées dans différentes filières, notamment :

  • l’environnement comme capteurs de gaz, agents anti-pollution, …
  • l’industrie chimique comme supports de catalyseurs, catalyseurs,
  • la micro électronique comme diélectriques à hautes performances, …
  • l’énergétique avec les oxydes transparents conducteurs, les cellules solaires, …
  • l’industrie du verre pour la fabrication de films autonettoyants,
  • l’usinage industriel comme revêtements permettant l’amélioration des performances des outils de coupe, notamment pour la filière bois…

Moyens expérimentaux

  • Enceintes d’analyse de surfaces par des techniques de spectroscopie XPS et AES: possibilité d’analyser in-situ l’effet de traitements de surface (bombardements ioniques argon et oxygène, …) ou de réaliser des dépôts de films métalliques ultraminces.
  • Module pour la réalisation des films minces par la technique MOCVD et leur étude physico-chimique in-situ par des techniques d’analyse de surfaces (XPS, AES)
  • Dispositif pour réalisation des dépôts ALD et MOCVD : Annealsys MC050
  • Spectroscopie micro-Raman:
    HORIBA T64000:
    Laser multiraie Ar-Kr
    Microscope confocal
    Triple monochromateur (configuration subtractive): analyses jusqu’à 5 cm-1
    Haute resolution spectrale
    RENISHAW InVia:
    Sources laser : 532, 633, 785 nm
    Microscope confocal
    Imagerie Raman rapide (Streamline)
    Filtres ultra basses frequences (BVG): analyses jusqu’à 10 cm-1
  • Cellules de traitement thermique in-situ Linkam
    Linkam THMS600
    Linkam TS1500
  • Variable Temperature Scanning Tunneling Microscope (Omicron NanoTechnology) mounted in an Ultra High Vacuum system (base pressure lower than 1×10-10 mbar) equipped with Low Electron Energy Diffraction technique, standard Ion Gun (EX05), gas line and evaporation source.
  • Expériences utilisant des Expériences utilisant des synchrotrons : SOLEIL (XANES, EXAFS, photoémission), ELETTRA (photoémission résonante/diffraction de photoélectrons), HASYLAB (Auger résonant), ISA (photoémission résonante).
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