Synthèses, mise en forme et caractérisations de luminophores nanostructurés pour une nouvelle génération de dispositifs d'éclairage sans mercure

Synthesis, shaping and characterizations of nanostructured phosphors for a new generation of free-mercury lighting devices

• Auteur / Autrice : Nathalie Pradal
• Direction : Geneviève Chadeyron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 13/07/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : (ICCF) Institut de Chimie de Clermont-Ferrand
• Jury : Président / Présidente : Bernard Moine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Bouazaoui, Michel Langlet, Sandrine Thérias, Audrey Potdevin, Rachid Mahiou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Bouazaoui, Michel Langlet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Conservation

Électricité -- Consommation

Luminophores

Aspect environnemental

Habitations -- Éclairage

Mots clés libres

Aluminates

Cérium

Europium

Nanostructuration

Synthèse solvothermale

Combustion assistée par micro-ondes

Composites

Photoluminescence

Aluminates

Cerium

Europium

Nanostructuration

Solvothermal synthesis

Microwave induced solution combustion synthesis

Composites

Photoluminescence

Résumé

Le marché de l’éclairage est un marché de masse à diffusion large en pleine mutation face aux nouvelles contraintes environnementales. Il s’inscrit dans une démarche de préservation de l’environnement avec une volonté européenne de voir sa consommation énergétique réduite de 20% d’ici 2020. Les luminophores jouent un rôle prépondérant dans les performances des systèmes d’éclairage utilisant comme sources d’excitations des LEDs bleues ou UV, ou encore un plasma (Xe-Ne), où ils permettent de convertir les photons incidents (VUV, UV ou bleus) en lumière visible. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la production de lumière blanche. Pour obtenir une couleur la plus proche du blanc idéal et répondant aux mieux au cahier des charges de l’éclairage domestique, une amélioration des performances des luminophores utilisés classiquement est nécessaire. Au cours de ces travaux nous avons porté notre attention sur deux aluminates de formulations Y3Al5O12 dopé Ce3+ (YAG :Ce) et BaMgAl10O17 dopé Eu2+ (BAM :Eu). L’aspect novateur repose d’une part sur la synthèse de ces luminophores sous forme de nanoparticules par des voies de synthèse originales (la voie solvothermale et la combustion assistée par micro-ondes respectivement) et d’autre part sur leur mise en forme (revêtements composites « luminophores/polymère »). Plusieurs techniques expérimentales (DRX, IR, Mössbauer, aimantation, MEB, MET,…) ont été utilisées afin de caractériser leurs propriétés structurales et morphologiques. L’étude des performances optiques de ces luminophores enregistrées sous excitations bleue, UV et/ou VUV nous a permis de mettre en évidence leur utilisation potentielle dans les nouveaux dispositifs d’éclairage : associés à d’autres luminophores (rouge pour le YAG :Ce; rouge et vert pour le BAM :Eu) en proportions adéquates, il est possible de générer de la lumière blanche présentant les propriétés escomptées.

Lighting market is a widespread distribution mass market undergoing radical transformation faced with new environmental restrictions. It fits into an environmental protection approach with a European will to reduce by 20% its energy consumption by 2020. Phosphors play a key role on performances of lighting devices where, combined with LEDs (blue or UV) or plasma (Xe-Ne) excitations, they provide visible light. In this work, we have focused on the generation of white light. In order to obtain a color closest to ideal white and meeting with the specifications of domestic lighting, it is necessary to improve the performances of traditional phosphors. Two aluminates have been investigated: Ce3+ doped Y3Al5O12 (YAG :Ce) and Eu2+ doped BaMgAl10O17 (BAM :Eu). On the one hand, innovation is based on unconventional synthesis methods allowing the preparation of nanostrutured phosphors (solvothermal and microwave induced solution combustion syntheses respectively) and on the other hand on their shaping (composite coatings « phosphors/polymer »). Structural and morphological features have been studied by means of several tools (XRD, IR, Mössbauer, magnetization, SEM, TEM,…). Finally, the optical properties of phosphors recorded upon blue, UV and/or VUV excitations have evidenced that they are suitable for applications in new lighting devices: their combination with other phosphors (red for YAG:Ce; red and green for BAM:Eu) in appropriate proportions allows producing white light with the required specifications.