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Piézorésistance de composites métal/diélectrique

par Anne-Marie, Poggi Mélanie - publié le , mis à jour le

Participants :

Tapajyoti Das Gupta (thèse), Alistair Rowe , Thierry Gacoin*

L’élaboration et l’étude de matériaux nanostructurés ou nanocomposites ont rencontré un intérêt grandissant ces dernières décennies. Les matériaux nanocomposites, également appelés de manière plus large matériaux nanostructurés, sont formés d’inclusions de taille nanométrique dispersées dans une matrice. L’ajout de ces inclusions nanométriques dans la matrice permet d’améliorer les propriétés physiques de la matrice, ou d’étendre les propriétés physiques des inclusions nanométriques à un matériau massif fonctionnel. L’utilisation d’un photocatalyseur pour photo-générer des particules d’argent permet d’avoir un système optiquement actif très efficace, puisqu’il n’est pas consommé lors de la réaction de photo-réduction. L’efficacité du photocatalyseur vis-à-vis de la photoréduction permet d’espérer une charge maximale en particules d’argent dans un matériau photocatalytique adapté.
Nous sommes intéressés par la photoréduction d’ions d’argent par des nanoparticules de TiO2 (photocatalyseur) dispersées dans une couche mésoporeuse de silice,SiO2dielectric. En particulier, à partir d’un taux de charge de 15.76% en volume d’argent , une transition isolant-conducteur est observée, ce qui est le propre de matériaux composites formés d’inclusions métalliques dans une matrice isolante. Dans la région de transition, ces couches montrent un énorme effet piézorésistif de l’ordre de 3000.

(Top) Samples showing different silver volume fraction. (left) Plot showing trhe variation of Resistance and Piezoresistance FOM with silver volume fraction (Inset showing the schematic illustration of the experimental procedure)
(right)Plots of the variation of a) R, b) derivative of the curve in (a), c) , d) σG, and e) F with φ showing the position of φ* (red, vertical line) for each quantity. When calculated from the derivative of R(φ) the resulting curve is in very good agreement with the measured, average gage factor, . The fluctuations in G over multiple measurements (denoted σG) also show a sharp peak at φ* as expected. With respect to the use of composite materials as strain gages, a figure-of-merit (F) defined in Equation (6) peaks at 5–10 times the value measured in bulk silicon (blue, dotted line) or in metallic foil gages (purple line), 0.3% to the metallic side of the percolation transition.