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Pastushenko, Anton. Silicon-based nanomaterials obtained by electrochemical etching of metallurgical substrates [en ligne]. Thèse. Villeurbanne : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 2016. Disponible sur : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2016LYSEI048/these.pdf


Domaine(s) : D17 - Matériaux
Indice Dewey : 620.193 072
Langue : Anglais
Mots-clés : Silicium de qualité métallurgique, Gravure électrochimique, Anodisation, Disiliciure de fer, Stockage d'hydrogène, Photoluminescence, Porous Silicon, Metallurgical grade silicon, Electrochemical Etching, Anodization, Iron disilicide, Hydrogen storage, Photoluminescence



Directeur(s) de thèse : Lysenko, Vladimir S.
Etablissement de soutenance : INSA de Lyon
Etablissement de co-tutelle : Université de Lyon - 2015-...., Ecole Doctorale Matériaux de Lyon - Villeurbanne
Laboratoire : Université de Lyon - 2015-...., Ecole Doctorale Matériaux de Lyon - Villeurbanne, Institut national des sciences appliquées de Lyon - Lyon, INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270, Ecole(s) Doctorale(s) : Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne), Partenaire(s) de recherche : Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription), INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Laboratoire), Autre(s) contribution(s) : Daniel Barbier (Président du jury) ; Vladimir S. Lysenko, Daniel Barbier, Gilles Lerondel, Vladimir Sivakov, Patricia De Rango, Jed Kraiem, Renaut Mosdale, Pascal Rivat (Membre(s) du jury) ; Gilles Lerondel, Vladimir Sivakov (Rapporteur(s))
Numéro national de thèse : 2016LYSEI048
Date de soutenance : 2016

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Résumé français : Le Silicium est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre après l oxygène. Il est produit par voie métallurgique dans un four à arc électrique, le quartz est réduit en présence de réducteurs (charbon de bois, houille et coke de pétrole). Le silicium métallurgique est principalement utilisé dans la métallurgie comme élément d alliage, dans la chimie et l industrie solaire. Le prix du Silicium est fonction de sa pureté. Les travaux de cette thèse se divisent en deux parties l utilisation du Silicium Métallurgique (99% Si) pour le stockage de l hydrogène, et la photoluminescence du ferrosilicium (disiliciure de fer) de qualité métallurgique. Des substrats de silicium métallurgique ont été soumis à une anodisation électrochimique dans une solution à base d acide fluorhydrique. Le silicium poreux nanostructuré obtenu est légèrement différent du silicium poreux issu de substrat de silicium de qualité électronique de même résistivité. L influence des principaux paramètres sur la génération de l hydrogène : la porosité, la concentration, le volume et la température ont fait l objet d une étude détaillée. Le silicium poreux produit à partir de silicium métallurgique est un matériau de stockage d hydrogène. Des substrats de disiliciure de fer de qualité métallurgique ont été soumis à une anodisation électrochimique. Le composé obtenu est du disiliciure de fer nanostructuré avec du silicium résiduel, ce produit est recouvert de fluorosilicate de fer hexahydraté qui a la particularité d être luminescent. Il s agit à ce jour de la première anodisation du disiliciure de fer, un mécanisme de gravure a été proposé et l influence des principaux paramètres d anodisation sur les propriétés de photoluminescence a été évaluée.


English abstract : Silicon is the second most abundant element in the Earth crust after oxygen. Its use in metallurgy, building and electronic industry requires a huge fabrication level. Depending on the contamination level allowed, the price of this material varies in the orders of magnitude. This thesis focuses on the use of dirtiest metallurgical grade silicon and iron disilicide substrates for hydrogen storage and photoluminescence applications. The initial substrates were subjected to electrochemical etching in hydrofluoric acid-containing solutions. Anodization of metallurgical grade silicon substrate produces nanostructured porous silicon with somewhat shifted parameters (comparing with electronic grade porous silicon with the same resistivity), as it was studied in this thesis in details. It was shown, that metallurgical grade porous silicon can be applied as hydrogen storage material. Hydrogen generation is studied here based on the influences of some technically critical parameters: porosity, alkali concentration, volume and temperature. Electrochemical treatment of metallurgical grade iron disilicide substrates produces luminescent iron fluorosilicate hexahydrate, covering the residual nanostructured iron disilicide/silicon. Here, the influence of anodization parameters on photoluminescent properties is studied. Also, etching mechanism is proposed as for the new material never anodized.