| Synthèse et caractérisation des verres et des vitrocéramiques à base de soufre pour les applications d'électrolyte solide (Synthesis and characterization of sulfur-based glasses and glass-ceramics for the solid-state electrolyte applications) Zhang, Jiajie - (2023-12-14) / Université de Rennes - Synthèse et caractérisation des verres et des vitrocéramiques à base de soufre pour les applications d'électrolyte solide
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Zhang, Xiang Hua; Verger, Louisiane Discipline : Sciences des matériaux Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : électrolytes solides, verres à base de soufre, propriétés structurales, conductivité ionique, vitrocéramiques, mécanosynthèse
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Résumé : Dans cette thèse, des verres dans le système pseudo-ternaire Na2S–Ga2S3–GeS2 ont été synthétisés, et leurs propriétés thermiques, structurales et conductrices ont été étudiées. De plus, la synthèse d’une composition cristalline particulière de ce système a été étudiée, NaGaGeS4. Tout d'abord, les verres de composition x[Na2S]–(100-x) x[Na2S]–(100-x) [0.5GeS2–0.5Ga2S3] ont été préparés via un processus de synthèse en deux étapes (fusion-trempe et méchanosynthèse). Une large gamme de compositions a été obtenue (10 ≤ x ≤ 75). La spectroscopie Raman a été utilisée pour étudier la structure du verre en fonction de la teneur en Na2S. Elle a révélé un effondrement constant du réseau basé sur les tétraèdres Ga(Ge)S4/2 avec l'ajout de Na2S, ainsi que la formation de soufre non pontant dans le réseau du verre. La conductivité la plus élevée à température ambiante est obtenue pour l'échantillon avec x=75 (σ = 1.8 × 10-5 S.cm-1). La conductivité la plus élevée est atteinte pour le même échantillon à 90 °C (σ = 1.0 × 10-3 S.cm-1). Une tentative de préparation de NaGaGeS4 a été menée. L'analyse par DRX a révélé que sa structure cristalline était similaire à celle de Na2Ga2GeS6. Une meilleure conductivité ionique a été obtenue par rapport à son homologue vitreux, grâce à sa structure qui favorise la mobilité des porteurs de charge. Abstract : This thesis focuses on the synthesis of glasses in the pseudo-ternary system Na2S–Ga2S3–GeS2. Their thermal, structural, and conductivity properties were studied as a function of Na2S content. We also investigated the synthesis of one crystalline composition in this system, namely NaGaGeS4. First of all, glasses in the system x[Na2S]–(100-x) [0.5GeS2–0.5Ga2S3] were prepared via a two-step synthesis including a melt-quenching synthesis of a Ge-rich precursor, then a mechanical milling step for amorphization. A wide range of composition was obtained (10≤x≤75). Raman spectroscopy was used to study the glass structure as a function of Na2S content. It revealed a steady collapse of Ga(Ge)S4/2 tetrahedron-based medium-range network with the introduction of Na2S, and the formation of non-bridging sulfur in the glass network. The highest room-temperature conductivity is achieved for the sample with x=75 (σ = 1.8 × 10-5 S.cm-1). The highest conductivity is reached for the same sample at 90 °C (σ = 1.0 × 10-3 S.cm-1). An attempt of preparing NaGaGeS4 was carried out. XRD and profile refinement revealed its crystalline structure is similar to Na2Ga2GeS6. An improved ionic conductivity was obtained compared to its glassy counterpart thanks to its structure which promotes the mobility of charge. | |||