Élaboration et caractérisation des propriétés structurales, électriques et piézoélectriques de nanostructures d’oxyde de zinc pour la récupération d'énergie

L'oxyde de zinc (ZnO) est depuis plusieurs décennies l’un des matériaux piézoélectriques les plus prometteurs connus pour ses propriétés piézoélectriques en vue de la récupération de l’énergie. Ce matériau vert peut être un substitut aux matériaux comportant des éléments toxiques tels que le plomb.Dans le cadre de cette activité de recherche, l’objectif ultime est de fabriquer des matériaux dopés à l’Yttrium (Y) et non dopés à plusieurs échelles, notamment des couches minces (élaborés par pulvérisation cathodique RF magnétron) et des nanofils (synthétisés en utilisant une technique hydrothermale, à faible empreinte de carbone et respectueuse de l’environnement), présentant une structure cristalline robuste et une microstructure orientée verticalement. Nous avons étudié l’influence de la couche de germination en ZnO et le temps de synthèse hydrothermale sur la croissance des nanofils, en particulier sur leur densité et leur orientation.Pour optimiser la couche de germination nécessaire à la croissance verticale des nanofils, deux paramètres ont été analysés : le rapport argon/oxygène et l’épaisseur de la couche.Les couches de germination et les nanofils obtenus ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse dispersive en énergie des rayons X (eSEM/EDS), par diffraction des rayons X (DRX) et par microscopie à force atomique (AFM). Les analyses eSEM et AFM met en évidence l’organisation granulaire en surface de la couche de germination, ainsi que la morphologie hexagonale caractéristique des nanofils. Tout en présentant une composition élémentaire stœchiométrique.Les propriétés électriques des structures obtenues ont également été évaluées par microscopie à force atomique conductrice (CAFM) : les courbes I–V présentent des caractéristiques non linéaires, confirmant la formation de contacts Schottky.Enfin, le comportement piézoélectrique des NFs de ZnO a été étudié à la fois par microscopie à force piézoélectrique (PFM). Un coefficient piézoélectrique d’environ 30 pm/V est obtenue pour les NFs non dopés. Par contre, pour les NFs dopés à l’Yttrium, on observe un coefficient plus fort de l’ordre de 57 pm/V.