Elaboration et characterization of ZnO nanowires for gases sensor application

Les capteurs de gaz à base d'oxydes métalliques connaissent un engouement croissant pour des applications industrielles, militaires et environnementales. Néanmoins, ces capteurs se montrent peu sélectifs et nécessitent des températures de travail élevées pour obtenir une bonne sensibilité. La nanostructuration des matériaux permet d'augmenter la surface de réaction entre le gaz et le matériau hôte, améliorant ainsi la performance du capteur. ZnO est un semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) possédant de nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, et aussi un matériau très prometteur pour les capteurs de gaz de type oxyde métallique. L'Elaboration de nanostructures de ZnO a conduit à un grand nombre d'études pour divers domaines d'applications. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif la synthèse des réseaux de nanofils de ZnO par voie hydrothermale et l'étude de leurs propriétés de détection. La première partie de ce travail porte sur l'étude systématique des différents paramètres influençant la synthèse des nanofils de ZnO. Les résultats montrent que la température de croissance, le pH de la solution et le temps de croissance influent sur la morphologie des nanofils de ZnO. Des nanofils avec un facteur d'aspect proche de 30 ont été obtenus sous conditions d'élaboration optimisées. La seconde partie de ce travail consiste en l'étude des propriétés de détection de nanofils de ZnO, par des méthodes électrique et optique. Les mesures électriques montrent une variation de résistance des nanofils, tandis que l'absorption UV révèle un déplacement du bandgap en présence du gaz. Une diminution de la résistance et un blue-shift de bandgap ont été observés lors de la présence d'un gaz réducteur tel que l'éthanolMetal oxides based gas sensors are widely used in industrial, military and environmental applications. But the main fault of these sensors remains on their lack of selectivity and requiring high working temperature to obtain a good sensitivity. Nanostructuration of the materials presents an efficient way to enhance the reaction surface between gas and the host material, thus improving the sensor performance. ZnO is an n-type semiconductor with large bandgap energy of 3.37 eV at room temperature owning many interesting physical and chemical properties, and is also very sensitive for reducing gases. In recent years, many studies develop and improve the ZnO related nanostructures for various applications. The goal of this thesis consists in the synthesis of the ZnO nanowire arrays via hydrothermal method and the study of their sensing properties. The first part of this work shows a systematic study of the various influencing parameters during the ZnO nanowire synthesis. The results show that the growth temperature, the solution pH value and the growth time influence the nanowire morphology. Nanowires with an aspect ratio about 30 have been obtained under optimized growth conditions. The second part of this work consists of the study of the ZnO nanowire sensing properties, using both electrical and optical methods. The electrical measurements show a resistivity variation of the nanowires, while the UV absorption spectra reveal a bandgap shift under injected gas. A resistivity reduction and a blue-shift of a bandgap of the ZnO nanowires were observed under injected reducing gas such as ethano