Étude de revêtements thermochromes à base de VO2 élaborés par voie PVD/HiPIMS

Abstract

Le dioxyde de vanadium (VO2) est un matériau thermochrome capable de changer de propriétés optiques avec la température suite à un changement de phase cristallographique associé à une transition de Mott. Cette capacité lui permet de moduler les flux thermiques en tant que revêtement de parois ou de vitrages. Il peut ainsi servir à réguler la température d’un habitacle ou encore être utilisé dans le domaine de la discrétion infrarouge. Le dioxyde de vanadium passe d’un état semi-conducteur vers un état métallique aux alentours de 68 °C. Cette température de transition, trop élevée pour l'obtention d'un confort thermique, peut être abaissée par dopage de type n. D’autre part, une température de recuit généralement supérieure à 450 °C est nécessaire à la stabilisation de la phase VO2 thermochrome. Son élaboration est donc difficilement envisageable sur des substrats thermiquement sensibles tels que les polymères.Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent l’étude de ce matériau élaboré en couches minces par pulvérisation cathodique magnétron réactive. Les propriétés thermochromes résultantes ont été mises en évidence par plusieurs techniques d’analyses telles la diffraction des rayons X (DRX), les spectroscopies de rétrodiffusion de Rutherford (RBS) et photo-électronique d’émission X (XPS), l’ellipsométrie, ainsi que par des mesures en température de résistivité corrélées à des mesures spectrophotométriques dans la gamme 2,5 μm à 25 μm du rayonnement infrarouge. En raison de son efficacité démontrée dans la littérature, le tungstène a été choisi comme dopant entre 0 et 4% at. Un taux de 3,6 % a alors permis d’abaisser la température de commutation du matériau jusqu’à 9 °C après recuit à 500 °C. Pour finir, une couche de VO2 performante autour de 59 °C a été obtenue à seulement 300 °C via l’emploi d’une alimentation à haute puissance pulsée (HiPIMS). L’ensemble de ces résultats ouvre des perspectives quant à une application industrielle dans le domaine de l’efficacité énergétique.