Littérature scientifique sur le sujet « Nitrure de vanadium et de tungstène »

La croissance rapide des applications de l'Internet des Objets (IoT) a entraîné une augmentation de la demande de dispositifs de stockage d'énergie. Les micro-supercondensateurs (MSCs) sont apparus comme des candidats prometteurs pour les applications à débit rapide en raison de leurs densités de puissance élevées, de leurs capacités à haut débit, de leurs longues durées de vie et de leur nature respectueuse de l'environnement. Toutefois, le principal défi à relever pour généraliser l'utilisation des MSCs dans l'industrie est leur densité énergétique relativement faible. Pour résoudre ce problème, diverses solutions ont été explorées pour améliorer la capacité ou la tension de la cellule en jouant avec le type d'électrolytes utilisés, les matériaux d'électrodes et les topologies de dispositifs afin d'obtenir des MSCs à haute performance. Cette thèse se concentre sur l'étude des matériaux d'électrode en couche mince fabriqués par pulvérisation cathodique magnétron. Plus précisément, un alliage ternaire de nitrure de vanadium et de tungstène (VWN), le nitrure de ruthénium (RuN) et les électrolytes à l'état solide ont été étudiés en tant que matériaux d'électrode pseudocapacitifs efficaces. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet CAMISOL sélectionné par l'université de Lille dans le cadre du programme PEARL (Programme for EArly-stage Researchers in Lille) cofinancé par la Commission Européenne, dont la motivation était de fabriquer des micro-supercondensateurs asymétriques (AMSCs) à base de VN (ou VWN) // RuN à l'état solide. Des films minces de VWN ont été synthétisés en utilisant une approche de co-pulvérisation ou de multi-couches nanométriques, démontrant d'excellentes performances qui défient les meilleurs matériaux multicatoniques rapportés pour les condensateurs électrochimiques. Des techniques avancées de cartographie à l'échelle du wafer ont été employées pour corréler les propriétés structurales, électriques, mécaniques et électrochimiques des films avec les paramètres de dépôts utilisés. Cette approche offre de nouvelles perspectives et fournit un outil de caractérisation puissant pour la prochaine génération de matériaux électrochimiques fabriqués à l'Université de Lille avec des méthodes de dépôt de couches minces.Dans la partie suivante, les films RuN ont été étudiés en tant que matériaux d'électrode efficaces, et une preuve de concept pour des MSC asymétriques VN // RuN à l'état solide a été présentée. Les paramètres de pulvérisation ont été soigneusement optimisés pour maximiser la porosité du film tout en maintenant une conductivité électrique élevée. Diverses techniques avancées ont été employées pour révéler la complexité de la structure et du mécanisme de stockage de charge des films RuN. Grâce à la fenêtre de travail complémentaire des films VN et RuN dans un électrolyte aqueux KOH 1M, la tension de cellule du dispositif AMSC VN // RuN a été considérablement augmentée, atteignant jusqu'à 1,15 V. Par conséquent, l'AMSC VN // RuN a démontré l'une des densités d'énergie les plus élevées rapportées jusqu'à présent pour les AMSCs basées sur des films minces de nitrure de métal de transition. Enfin, l'étude de l'utilisation d'un électrolyte à l'état solide, d'un électrolyte hydrogel PVA/KOH et de liquides ioniques dans la fabrication d'AMSC à l'état solide a été présentée
The rapid growth of Internet of Things (IoT) applications has led in an increased demand for energy storage devices. Micro-supercapacitors (MSCs) have emerged as promising candidates for high-speed applications due to their high-rate capabilities, long cycle life and environmental friendliness. However, the main challenge to be addressed for the widespread industrial use of MSCs is their relatively low energy density. To address this issue, various solutions have been explored to increase the capacitance or the cell voltage by playing with the electrolyte used, electrode materials and device topologies to achieve high-performance MSCs. This work focuses on the investigation of thin film electrode materials prepared by magnetron sputtering deposition. In particular, vanadium tungsten nitride (VWN) and ruthenium nitride (RuN) have been investigated as efficient pseudocapacitive electrode materials. This work was carried out in the frame of the CAMISOL project selected by the Lille university through the PEARL program (Program for EArly-stage Researchers in Lille) cofunded by the European Commission, where the motivation was to fabricate solid-state VN (or VWN) // RuN asymmetric micro-supercapacitors (AMSC). VWN thin films were synthesized using co-sputtering and nanolaminate approaches and demonstrated excellent performance challenging the best multicatonic materials reported for MSCs. Advanced characterization mapping techniques were used to explore the correlation between the structural, electrical, mechanical, and electrochemical properties of the films. This approach offers new perspectives and provides a powerful characterization tool for the next generation of electrochemical materials fabricated by thin film deposition methods at Lille University.In the following part of the thesis, RuN films were investigated as efficient electrode materials, and solid-state VN // RuN AMSC was presented as a proof of concept. Sputtering parameters were carefully optimized to maximize the film porosity while maintaining high electrical conductivity. Various advanced techniques were employed to reveal the complexity of the structure and charge storage mechanism of RuN films. Taking advantage from the complementary working window of VN and RuN films in a 1M KOH aqueous electrolyte, the cell voltage of the VN // RuN AMSC device was significantly increased, reaching up to 1.15 V. As a result, the VN // RuN AMSC exhibited one of the highest areal energy densities reported so far for AMSCs based on transition metal nitride thin films. Finally, the study of the use of solid-state electrolyte, PVA/KOH hydrogel electrolyte and ionic liquids in the fabrication of all-solid-state AMSCs was presented

Cette these rend compte de travaux concernant l'obtention de nitrure et de carbure de titane et de vanadium, par depot chimique en phase vapeur (chemical vapor deposition; cvd) a partir de composes organometalliques. Ces travaux s'inserent dans un programme de recherche plus general dont l'objectif est l'elaboration d'un systeme ceramique quaternaire renfermant a la fois du titane, du vanadium, de l'azote et du carbone. Afin d'avoir une idee de leur comportement thermique, l'etude des molecules synthetisees, par analyse thermogravimetrique (atg) et par analyse thermique differentielle (atd), couplees a l'analyse des effluents gazeux de decomposition par spectrometrie de masse, a ete effectuee de matiere systematique. Les resultats de ces etudes ont permis de selectionner les molecules qui repondaient au mieux aux conditions specifiees dans le contrat dret qui a finance ce travail: precurseurs volatils, stables dans les conditions ambiantes, permettant le revetement d'acier a des temperatures inferieures a 600#oc. Le memoire de these, rend compte de la synthese de composes connus et originaux, de leur etude thermique et d'essais preliminaires de cvd a partir des meilleurs candidats precurseurs des quatre ceramiques binaires: tin, tic, vn et vc. Il presente egalement, les premiers essais de synthese de complexes heterobimetalliques renfermant le titane et le vanadium

L'idee de base etait l'utilisation de la synthese hydrothermale a la preparation de composes a valence mixte du vanadium et du molybdene associes a l'ion ammonium. Le travail a ete etendu aux systemes binaires v#2o#5-m#2o et moo#3-m#2o. (m=nh#4, tl). La methode de preparation a permis une reinvestigation commode de ces derniers systemes sur monocristaux: en particulier deux varietes, triclinique et orthorhombique de (nh#4)#2mo#4o#1#3 ont fait l'objet d'une determination structurale complete, ainsi qu'une phase lacunaire en molybdene nh#4h#2mo#5#,#5o#1#8, qui forme un edifice tridimensionnel a larges tunnels. Ce type de synthese peut etre etendu aux phases du thallium, comme tlv#3o#8, qui a egalement ete caracterise. La meme methode en milieu reducteur donne un acces commode a des bronzes ou a des composes a valence mixte du molybdene et du vanadium: les phases nouvelles suivantes ont ete obtenues et caracterisees (structure, conductivite): a) les bronzes rouge (nh#4)#0#,#3#3moo#3 et bleu (nh#4)#0#,#3#0moo#3, isotypes des phases du potassium deja etudies; b) une nouvelle phase bleue nh#4h#4mo#5#,#3o#1#8, de symetrie hexagonale; c) une phase reduite, du type keggin, m#3h#6moo#1#2#,#3o#4#0 (m=nh#4, k, rb, cs) dans laquelle mo est a la fois octaedrique et tetraedrique. L'oxydation de chimie douce des bronzes d'ammonium ainsi obtenus, par le brome a basse temperature, s'est revelee une excellente methode de modification de ces edifices: c'est ainsi que le bronze rouge (nh#4)#0#,#3#3moo#3 est progressivement converti en bronze bleu (nh#4)#0#,#1#4moo#3 hexagonal

Jusqu'a present l'obtention des ceramiques carbure et nitrure de vanadium, par depot chimique en phase vapeur, necessitaient l'utilisation de hautes temperatures (de l'ordre de 1000c). L'emploi de precurseurs organometalliques permet de diminuer fortement ces temperatures. Dans ce cadre, notre travail consiste a verifier la faisabilite de films de nitrure ou de carbure de vanadium a partir de differents composes choisis selon des criteres predefinis. Pour chacun des composes: nous rappelons la mise au point de la synthese; nous faisons l'etude thermique par analyse thermique gravimetrique et differentielle a la fois a pression atmospherique et a pression reduite; les depots sont faits dans un appareillage a mur chaud sous gaz vecteur neutre (azote), a pression reduite et pour des temperatures inferieures ou egales a 600c; les depots obtenus sont caracterises en microscopie electronique a balayage, en spectrometrie de dispersion d'energie et en spectrometrie des photoelectrons induits par rayons x. A la suite d'une etude sur neuf composes du vanadium, certains n'ont pas donne de resultats satisfaisants dans nos conditions experimentales: le vanadocene (pas de depots a moins de 600c); le dichlorovanadocene, le dichloro bis (methylcyclopentadienyl) vanadium, le trichloro (p-tolylimido) vanadium (depots de carbure de vanadium uniquement sur silicium); le tris bis(trimethylsilyl)amido vanadium (depots contenant du silicium, du carbone et du vanadium). Nous avons degage quelques composes comme le chloro bis(cyclopentadienyl) vanadium et l'azobenzene bis(cyclopentadienyl) vanadium le dimethyl bis (cyclopentadienyl) vanadium, le bis (tertiobutylcyclopentadienyl) vanadium susceptibles d'etre transferes en aval, a des laboratoires specialises en depot chimique en phase vapeur, afin de poursuivre leur etude en tant que precurseur de carbure ou de nitrure de vanadium

Le carbure et le nitrure de titane ont été élaborés par des procédés chimiques et physiques en phase vapeur. Ces procédés ont permis l'obtention d'un revêtement céramique épais et dense en vue de la protection d'un dispositif métallique en tungstène. L'influence des différents paramètres expérimentaux, propres à chaque procédé, a été étudiée sur la germination, la microstructure et la texturation des revêtments, tout en intégrant l'interaction avec le substrat. L'analyse des contraintes résiduelles, réalisée par la méthode de sin2Psy, a permis d'expliquer le comportement vis-à-vis de la fissuration de différents dépôts.

Les alliages de type HP constituent un matériau de choix pour l'élaboration des tubes de vaporeformage et de vapocraquage dans l'industrie pétrochimique. Exposés à des températures comprises entre 700°C et 1000°C sous des pressions gazeuses de plusieurs MPa, leur microstructure initiale associée à une fine précipitation secondaire, intervenant en cours de service, leur confèrent une excellente résistance aux mécanismes de fluage auxquels ils sont sujets. Néanmoins, à terme, la coalescence des précipités conduit à la dégradation rapide des tubes.Les effets de certains éléments d'alliages (V, Ti/W) sur la précipitation secondaire des carbures M23C6 et NbC ont été étudiés au travers de simulations via le logiciel TC-PRISMA. Sur la base de résultats prometteurs en termes d'optimisation des caractéristiques de la précipitation, deux alliages modèles ont été coulés au laboratoire et soumis à divers vieillissements dans la gamme de température correspondant aux conditions de service. Les microstructures de ces alliages ont d'abord été comparées à celle d'un alliage HP industriel de composition standard à l'état brut de coulée. La précipitation secondaire a par la suite été caractérisée au sein des trois alliages dans les différents états vieillis. Les investigations microstructurales ont permis de mettre en avant certains effets bénéfiques d'un ajout de vanadium et d'ajouts combinés de titane et de tungstène sur les caractéristiques de la précipitation secondaire
HP alloys are typically used as steam methane reforming tubes in the petrochemical industry. During service, they are exposed to temperatures between 700°C and 1000°C under gaz pressure of several MPa. Their as-cast microstructure, together with fine in-situ secondary precipitation, provide these alloys with an excellent resistance to creep deformation. Nevertheless, after long-time ageing, coarsening of secondary carbides leads to the weakening of the tubes and therefore to an accelerated damaging.The effects of some alloying elements (V, Ti/W) on secondary precipitation of M23C6 and NbC carbides were investigated through numerical simulations performed with TC-PRISMA software. On the basis of encouraging results in terms of precipitation optimization, two model HP-type alloys were cast at the laboratory and aged in the range of temperatures corresponding to service conditions. As-cast microstructures were first compared with an industrial "standard" alloy. Then, secondary precipitation were characterized for all the alloys and all ageing temperatures. Microstructural investigation highlighted the beneficial effect of vanadium and titanium/tungsten additions on secondary precipitation characteristics

Le carbure et le nitrure de titane ont été élaborés par des procédés chimiques et physiques en phase vapeur. Ces procédés ont permis l'obtention d'un revêtement céramique épais et dense en vue de la protection d'un dispositif métallique en tungstène. L'influence des différents paramètres expérimentaux, propres à chaque procédé, a été étudiée sur la germination, la microstructure et la texturation des revêtements, tout en intégrant l'interaction avec le substrat. L'analyse des contraintes résiduelles, réalisée par la méthode de sin2 ψ , a permis d'expliquer le comportement vis-à-vis de la fissuration de différents dépôts.