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Chapitre 8 : Substitutions dans les solides. Dopage
Le matériau est plus dense que le composé pur du fait de la présence
de cations supplémentaires dans les sites vides du dioxyde pur.
Dans chaque cas, il se forme des défauts atomiques et non électroniques.
Le matériau devient donc un conducteur ionique, soit par lacunes d’oxygène dans le premier cas, soit par cations interstitiels dans le deuxième
cas. Il pourrait ainsi être utilisé comme électrolyte solide.
Par contre, si la pression d’oxygène devient suffisamment basse
(≈10
−10 atm), il se forme des lacunes anioniques par départ d’oxygène
et apparition simultanée d’électrons. Le matériau devient un conducteur
mixte qui ne peut plus être utilisé comme électrolyte solide.
2
◦ ) Le pentoxyde d’antimoine Sb 2 O 5 est un oxyde facilement réductible.
Mélangé au dioxyde de titane, il peut se combiner avec lui pour former
le composé Ti 1−y Sb y O 2+y/2 , suivant la réaction :
y/2 Sb 2 O 5 + (1 − y)TiO 2 → Ti 1−y Sb y O 2+y/2
ce qui correspond à la réaction de formation de lacunes cationiques selon
le processus :
2 Sb 2 O 5
O/Ti=2
− −−−− → 4 Sb
•
Ti + 10 O
×
O + V
4
Ti
Le composé ainsi obtenu est un conducteur ionique par lacunes cationiques.
Un deuxième processus d’incorporation pourrait mettre en œuvre des
atomes d’oxygène interstitiels :
Sb 2 O 5
O/Ti=2
− −−−− → 2 Sb
•
Ti + 2 O
×
O + O
i
Ce type de défaut est plus rare en raison de la taille de l’ion oxygène, difficile à placer sur des sites interstitiels. Un départ d’oxygène peut alors
se produire, soit par diminution de la pression d’oxygène, soit en élevant
la température, à pression constante (air). Ce départ d’oxygène s’accompagne de la disparition des lacunes cationiques et de la destruction des
sites anioniques et cationiques (règle de conservation des sites) :
V
4
Ti + 2O
×
O → O 2 (gaz) + 4 e
−
Les ions oxygène libèrent ainsi leurs électrons qui vont aller se localiser
sur les atomes de titane, conférant au matériau une conductivité électronique. La pression d’oxygène de l’air correspond donc à une pression
suffisamment basse pour permettre ce processus et la température de
chauffage est, elle aussi, convenable pour le maintenir.
Chapitre 8 : Substitutions dans les solides. Dopage
Le matériau est plus dense que le composé pur du fait de la présence
de cations supplémentaires dans les sites vides du dioxyde pur.
Dans chaque cas, il se forme des défauts atomiques et non électroniques.
Le matériau devient donc un conducteur ionique, soit par lacunes d’oxygène dans le premier cas, soit par cations interstitiels dans le deuxième
cas. Il pourrait ainsi être utilisé comme électrolyte solide.
Par contre, si la pression d’oxygène devient suffisamment basse
(≈10
−10 atm), il se forme des lacunes anioniques par départ d’oxygène
et apparition simultanée d’électrons. Le matériau devient un conducteur
mixte qui ne peut plus être utilisé comme électrolyte solide.
2
◦ ) Le pentoxyde d’antimoine Sb 2 O 5 est un oxyde facilement réductible.
Mélangé au dioxyde de titane, il peut se combiner avec lui pour former
le composé Ti 1−y Sb y O 2+y/2 , suivant la réaction :
y/2 Sb 2 O 5 + (1 − y)TiO 2 → Ti 1−y Sb y O 2+y/2
ce qui correspond à la réaction de formation de lacunes cationiques selon
le processus :
2 Sb 2 O 5
O/Ti=2
− −−−− → 4 Sb
•
Ti + 10 O
×
O + V
4
Ti
Le composé ainsi obtenu est un conducteur ionique par lacunes cationiques.
Un deuxième processus d’incorporation pourrait mettre en œuvre des
atomes d’oxygène interstitiels :
Sb 2 O 5
O/Ti=2
− −−−− → 2 Sb
•
Ti + 2 O
×
O + O
i
Ce type de défaut est plus rare en raison de la taille de l’ion oxygène, difficile à placer sur des sites interstitiels. Un départ d’oxygène peut alors
se produire, soit par diminution de la pression d’oxygène, soit en élevant
la température, à pression constante (air). Ce départ d’oxygène s’accompagne de la disparition des lacunes cationiques et de la destruction des
sites anioniques et cationiques (règle de conservation des sites) :
V
4
Ti + 2O
×
O → O 2 (gaz) + 4 e
−
Les ions oxygène libèrent ainsi leurs électrons qui vont aller se localiser
sur les atomes de titane, conférant au matériau une conductivité électronique. La pression d’oxygène de l’air correspond donc à une pression
suffisamment basse pour permettre ce processus et la température de
chauffage est, elle aussi, convenable pour le maintenir.