Étude ab-initio des propriétés structurales et électroniques de nanoparticules de zircone et de dioxyde d’étain

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Zircone et dioxyde d’étain, Propriétés électroniques, Structure, Dynamique moléculaire

Mots-clés

Dioxyde d'étain,

Calcul ab initio,

Nanoparticules

L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer notre compréhension de la relation structure-propriétés des nanoparticules de zircone et de dioxyde d'étain, en se concentrant sur les modifications structurales induites par la faible taille des nanoparticules et leurs effets sur les propriétés, en particulier les propriétés électroniques.Cette étude est abordée principalement du point de vue de la simulation numérique ab initio. Afin de réaliser cette étude, nous avons construit plusieurs modèles de nanoclusters de ZrO2 avec une taille allant de 0,9 nm à 2,0 nm. Pour passiver les liaisons pendantes, des molécules d’eau ont été placées près des atomes de zirconium à la surface des nanoclusters. Des simulations de dynamique moléculaire ab initio (AIMD) ont donc été réalisées pour étudier les propriétés structurales et électroniques des nanoclusters. Nous avons ainsi obtenu des modèles structuraux pertinents en bon accord avec les données issues de la caractérisation structurale. Il est à noter que ces modèles présentent une structure atypique avec des différences notables entre la région du cœur et la surface du nanocluster. Les calculs de la structure électronique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont montré que la différence entre la valeur du gap électronique calculée pour le système périodique et celle des nanoclusters de ZrO2, augmente à mesure que la taille des nanoclusters diminue, ce qui obéit à la loi du confinement quantique.Dans le cas du système SnO2, nous avons construit une série de modèles de nanoclusters avec des tailles allant de 0,98 nm à 1,94 nm. Nous avons appliqué le même type d’approche utilisé pour les nanoclusters de ZrO2, pour examiner les propriétés structurales et électroniques des nanoparticules de SnO2. De la même manière, les propriétés structurales des nanoclusters obtenues sont en bon accord avec les données expérimentales. Un comportement similaire, montrant l'effet du confinement quantique sur la largeur de la bande interdite des nanoclusters de SnO2, a également été mis en évidence.Enfin, nous avons réalisé une étude comparative entre les résultats obtenus pour les deux nanoparticules d'oxydes métalliques, en mettant l'accent sur leurs propriétés électroniques.