Physique
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Item Etude et élaboration de nanofils de silicium par voie chimique pour application supercondensateur(Université M'hamad Bougara : Faculté des Sciences, 2021) Bencheikh, Yasmina; Hadjersi, Toufik (Directeur de thèse)Le développement croissant des petits appareils électroniques nécessite de composants de stockage d’énergie de plus en plus petits et performants en l’occurrence les micro-supercondensateurs ou les condensateurs électrochimiques (CE), qui peuvent assurer leurs fonctionnements autonomes. Dans cette thèse on s’est intéressé à la fabrication de ce type de composant à base de nanofils de silicium (NFSis). Dans la première partie, nous avons fabriqué des réseaux de nanofils de silicium revêtus par une couche mince de TiO 2 par des processus simples et efficaces. Les réseaux de nanofils de silicium sont produits par gravure chimique assistée par un métal du silicium cristallin dans une solution aqueuse d’HF/AgNO 3 . Ensuite, le dépôt de couche atomique a été utilisé comme moyen pour recouvrir ces nanofils d'un film minces de TiO 2 (20 nm). Les échantillons de TiO 2 /NFSis ont ensuite été soumis à un recuit à 400°C sous une atmosphère hydrogénée pendant 4 heures et testés comme matériaux d'électrode (H-TiO 2 /NFSis) dans des microsupercondensateurs. Les propriétés électrochimiques de l'électrode H-TiO 2 /NFSis élaborée ont été évaluées dans une solution électrolytique aqueuse de Na 2 SO 4 à 1 M de concentration et révèlent que la capacité spécifique a été multipliée par un facteur de six par rapport à celle de l'électrode TiO 2 /NFSis non recuite et par 20 fois par rapport à celle de l'électrode NFSis sans modification dans mêmes conditions de travail. Il est important de noter que les H-TiO 2 /NFSis ont également montré une grande stabilité sur 30 000 cycles de charge-décharge galvanostatique à 0,1 mA /cm 2 avec une diminution de 19% de la capacité initiale. Le traitement hydrogéné a augmenté la densité du groupe hydroxyle et la densité de porteurs à la surface du TiO 2 , améliorant ainsi les propriétés capacitives des H-TiO 2 /NFSis. De plus, nous avons également démontré que l'électrode H-TiO 2 /NFSis est un bon support pour déposer une autre couche mince de MoS 2 avec la méthode hydrothermale. Les électrodes préparées ont atteint une bonne capacité spécifique de 25,45 mF/cm 2 à une vitesse de balayage de 100 mV/ s avec une diminution remarquable (0,12V) de la chute de potentiel (IR) indiquant une petite résistance série équivalente dans l'électrode H-TiO 2 /NFSis comparée à celle de l'électrode TiO 2 /NFSis non hydrogénée. La seconde partie est dédiée à l’élaboration d’une électrode de nanofils de silicium décorés de nanoparticules de ruthénium (Ru/NFSis). Les NFSis sont obtenus par la méthode de croissance vapeur-liquide-solide (VLS), tandis qu'un simple procédé chimique est utilisé pour déposer les nanoparticules de Ruthènium. Alors que la nanostructuration du silicium permet d'augmenter la surface, le revêtement avec des NPs de Ru introduit une pseudo-capacité nécessaire pour atteindre des densités d'énergie et de puissance élevées. Le micro-supercondensateur Ru/NFSis présente une capacité spécifique de 36,25 mF/cm 2 à une densité de courant de 1mA/cm 2 dans un électrolyte aqueux de Na 2 SO 4 et une grande stabilité à travers 25000 cycles de charge-décharge galvanostatique pour une densité de courant de 1mA/cm 2 . Un supercondensateur à l'état solide est ensuite fabriqué avec des électrodes symétriques séparées par un électrolyte d'alcool polyvinylique/acide sulfurique. Le dispositif présente une capacité spécifique de ~18 mF/cm 2 à une densité de courant de 1 mA/cm et une densité de puissance de 0,5 mW/cm 2 . Ce dispositif de nanofils à l'état solide présente également une bonne stabilité sur un test de 10000 cycles de charge-décharge.Item Deposition des couches de diamond -like arbon (dlc) sur les nanofils de silicium(Université M'hamed Bougara : Faculté des sciences, 2021) Rachedi, Nacera; Hadjersi, Toufik (Directeur de thèse)Les couches minces de DLC ont fait l’objet de nombreuses études ces dernières années, en raison de leurs applications potentiels dans plusieurs domaines tels que photovoltaïque, microélectronique, détection et biomédical. Leur utilisation dans divers domaines est due aux propriétés physico-chimiques et mécaniques intéressantes. Dans le présent travail, nous avons élaboré des films de carbone de type DLC (Diamond-Like Carbon) par la méthode électrophorétique. Ceci en utilisant des substrats de silicium et des nanofils de silicium (NFSis) obtenus par gravure chimique assistée par un métal. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude préliminaire sur l’élaboration des films DLC sur des substrats plats en Si par électrophorèse. L’influence de plusieurs paramètres de dépôt tels que le type d’électrolyte, le temps de dépôt et le type du substrat sur les différentes propriétés a été examinée. La morphologie, la composition chimique, les phases cristallines ainsi que les performances électrochimiques ont été analysées par la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à l’analyse par Spectroscopie X à dispersion d'énergie(EDX), la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X (DRX), la voltamétrie cyclique (CV), la galvanostatique charge-décharge (GCD) et la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE). De plus, nous avons étudié les propriétés électriques et électrochimiques des films DLC déposés sur le Si à partir des trois électrolytes étudiés : DMSO, acétonitrile et éthanol. Cette étude nous a permis de choisir l’électrolyte le plus adéquat pour obtenir un film de DLC homogène et uniforme en l’occurrence le DMSO. Nous avons constaté que le film DLC obtenu à partir de DMSO montre les meilleures performances électrochimiques et il présente une capacité spécifique de 17mF/cm à 5mV/s et une excellente stabilité avec une rétention de 95% après 4000 cycles. Nous avons ensuite déposé des films DLC sur les nanofils de silicium (NFSis) par électrophorèse, en utilisant le DMSO comme électrolyte. L’influence des paramètres expérimentaux à savoir le temps de gravure chimique, le temps de dépôt électrophorétique et le traitement thermique ont été étudiés. Nous avons constaté que le temps de gravure chimique et le temps de dépôt électrophorétique ont un effet important sur les propriétés morphologiques et électrochimiques. Nous avons observé que la capacité spécifique diminue avec l’augmentation de la longueur des nanofils de Si, ceci est dû à la faible quantité de la matière active qui se dépose sur les NFSis. De même, nous avons remarqué que le temps de dépôt par électrophorèse peut améliorer les performances électrochimiques. La capacité spécifique atteint la valeur de 1760 (mF/cm 2 ) pour un temps de dépôt de 2 heures alors qu’elle est de l’ordre de 503.12 (mF/cm 2 ) pour une durée de dépôt de 1heure. Nous avons également remarqué que le traitement thermique à 600°C n’a aucun effet significatif sur l’amélioration des performances électrochimiques. Ceci signifie que la température n’est pas suffisante pour la transformation des phases sp . Nous avons constaté que l’électrode à base de DLC@NFSis a une stabilité cycliquequi peut maintenir jusqu’à 90% de la valeur de sa capacité initiale après 16 000 cycles dans la fenêtre de potentiel électrochimique 1V.A partir de l’étude comparative des performances électrochimiques des films DLC déposés sur le silicium massif et les nanofils de silicium, nous avons démontré que la structure DLC@NFSis présente de meilleures performances électrochimiques par rapport à celle à base de DLC@Si. Ceci nous a permis de conclure que les NFSis revêtus par les nanomatériaux à base de carbone de type DLC est un moyen prometteur pour la fabrication des supercondensateurs performants