Capteurs à ondes acoustiques de surface fonctionnant à 104 et 208 MHz. : modélisation, développement et application à la détection d’ions lourds métalliques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Surface acoustic wave sensors operating at 104 and 208 MHz. : modeling, design and application for the detection of heavy metal ions

Capteurs à ondes acoustiques de surface fonctionnant à 104 et 208 MHz. : modélisation, développement et application à la détection d’ions lourds métalliques

Résumé

Surface Acoustic Wave (SAW) sensors have many advantages mainly a high sensitivity, which is a key parameter in various applications. Two strategies were explored, in this thesis, to enhance the sensitivity of SAW devices: switching to Love mode, with a waveguide layer in SU-8 epoxy resin, and frequency increase from 104 to 208 MHz. Prior to the realization of such devices in a clean room and their further use as chemical sensors, numerical simulations were done, first with MATLAB software, and then with the finite element method, via COMSOL Multiphysics software. The optimum thickness of the waveguide layer, allowing a significant gain in sensitivity, was estimated. A disagreement between experience and simulation was found highlighting the need to continue optimization steps. A confrontation between calculations / experiments was carried out for the SH-SAW structures. These devices were functionalized with an anthracene derivate for zinc ions detection in aqueous media. Gravimetric results indicate that increasing the operating frequency from 104 MHz to 208 MHz permits a gain in sensitivity by a factor of 2.3.
Les capteurs à ondes acoustiques de surfaces (SAW : Surface Acoustic Waves) présentent de nombreux avantages, dont une grande sensibilité, un paramètre clé dans diverses applications. Dans cette thèse, deux voies sont explorées pour améliorer la sensibilité des dispositifs SAWs : le passage en mode de Love, avec une couche guide d’onde en résine époxyde SU-8, et la montée en fréquence de 104 à 208 MHz. Avant de réaliser de tels dispositifs en salle blanche puis de les utiliser en tant que capteurs chimiques, des simulations numériques ont été entreprises, en utilisant tout d’abord le logiciel MATLAB, puis par la méthode des éléments finis, via le logiciel COMSOL Multiphysics. L’épaisseur optimale de la couche guide d’onde, permettant un gain important en sensibilité, a été estimée. Un écart entre l’expérience et la simulation a été trouvé soulignant la nécessité de poursuivre les phases d’optimisation dans cette voie. Une confrontation calculs/expériences a été menée avec succès pour les structures SH-SAW. Ces dispositifs ont été fonctionnalisés avec un dérivé d’anthracène pour détecter les ions zinc en milieu aqueux. Les résultats gravimétriques ont montré un gain en sensibilité d’un facteur 2.3, en augmentant la fréquence de travail de 104 MHz à 208 MHz.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)
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Dates et versions

tel-02983267 , version 1 (29-10-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02983267 , version 1

Citer

Bilel Achour. Capteurs à ondes acoustiques de surface fonctionnant à 104 et 208 MHz. : modélisation, développement et application à la détection d’ions lourds métalliques. Acoustique [physics.class-ph]. Le Mans Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020LEMA1017⟩. ⟨tel-02983267⟩
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