MoS2 fonctionnalisé traité en solution pour l’application de capteurs chimi-résistifs de NO2 à température ambiante

Face aux enjeux environnementaux et liés à la santé publique, les capteurs de gaz toxiques et/ou polluants sont au cœur d’une recherche intensive et de moteurs d’innovation. Leur développement est d'une importance capitale et un enjeu majeur pour la société. Les capteurs à base d’oxyde métallique sont les plus étudiés et présentent beaucoup d’avantages tels que leur faible coût, une grande sensibilité et une intégration facile dans un système portable miniaturisé. Cependant, leurs températures de fonctionnement élevées limitent leur mise en œuvre dans les appareils portables et flexibles. Les matériaux 2D sont une classe émergente de matériaux, fonctionnant à température ambiante, ils suscitent un vif intérêt pour le développement de capteurs de gaz résistifs en raison de leurs excellentes flexibilités mécaniques, de leurs grandes surfaces spécifiques et actives, ainsi que leur haute sensibilité aux gaz. Dans cette famille, les chalcogénures de métaux de transition (TMDs), tels que le MoS2, présentent des propriétés exceptionnelles grâce à une bande interdite ajustable. Ils représentent des candidats prometteurs pour la détection des gaz toxiques à température ambiante.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de fabriquer et optimiser des capteurs résistifs de gaz toxiques à base du matériau 2D MoS2, par voie liquide, pour la détection de NO2. La première étape de ce travail a consisté au développement et à l’optimisation d’un procédé d’exfoliation en phase liquide afin de produire des suspensions colloïdales de nano-feuillets de MoS2 en grande quantité. En parallèle, nous avons évalué différents modes de dépôts permettant d’obtenir des films minces à partir de nano-feuillets individuels : la filtration sous vide et l'auto-assemblage à l'interface liquide/liquide. Différents types de caractérisations microscopiques et spectroscopiques, couplée avec des mesures électriques, ont été utilisées pour déterminer les conditions d’exfoliation optimales d'obtention de nano-feuillets de MoS2, ainsi que les propriétés structurales et électriques des couches minces fabriquées par les deux modes de dépôts différents. Une deuxième partie de ce travail a porté sur la conception et la réalisation de capteurs interdigités résistifs basées sur les couches minces fabriquées avec les nano-feuillets de MoS2. Ces capteurs montrent, à température ambiante, une bonne sensibilité à une faible concentration de NO2 de 1 ppm. Toutefois, la récupération complète après la détection du NO2 n’est pas systématique, dû en particulier à la génération de lacunes atomiques dans les nano-feuillets de MoS2 lors de l'exfoliation en phase liquide. Pour résoudre ce problème, nous passivions ces lacunes avec des nanoparticules d’or. La fonctionnalisation des nano-feuillets de MoS2 par des nanoparticules d’or augmentent la sensibilité vers le NO2 et réduit le temps de récupération par rapport au capteur de MoS2 seul.