Étude d'une nouvelle famille d'aluminosilicates de baryum et strontium dopés à l'europium : structure, fluorescence, phosphorescence et thermoluminescence

Study of a new europium doped barium/strontium aluminosilicate : structure, fluorescence, phosphorescence and thermoluminescence

• Auteur / Autrice : Grégoire Denis
• Direction : Stéphane Jobic, Xavier Rocquefelte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie biologie (Nantes....-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rietveld, Méthode de

Silicates d'aluminium

Europium

Thermoluminescence

Phosphorescence

Fluorescence

Résumé

Dans le cadre de la recherche de matériaux fluorescents et/ou phosphorescents à émission blanche, une nouvelle famille d'aluminosilicate de baryum/strontium dopée à l'europium (Ba/Sr)13-xAl22-2xSi10+2xO66:Eu a été étudiée. La première partie de ce mémoire est rappelle les mécanismes d'émissions de fluorescence de l'ion Eu2+ et les processus de thermoluminescence (TL). La seconde partie est quant-à-elle consacrée aux conditions de synthèse des matériaux étudiés, à leur caractérisation structurale et leurs propriétés optiques. Typiquement, sous illumination UV, un matériau de la famille sus-mentionnée présente deux bandes de fluorescence (respectivement centrées dans le bleu et le vert du spectre du visible) dues à la présence de Eu2+ dans des sites cristallographiques distincts. Le cation Eu2+ occupe préférentiellement l'un des sites comme nous avons pu le vérifier par calculs ab-initio de type DFT. Les deux bandes d'émissions recouvrant la totalité du spectre du visible donnent lieu à une émission blanche pour l'œil humain. La variation du taux d'europium et de la proportion Ba/Sr permettent de modifier le rendu colorimétrique de l'émission. Après arrêt de l'excitation UV, le composé présente une phosphorescence blanche visible une dizaine de minutes. Des mesures de déclins d'émission conjointement à des expériences de TL ont permis d'identifier et caractériser les pièges responsables de la phosphorescence. Enfin, l'analyse spectrale de la TL a pu mettre en avant une dépendance des spectres de TL avec la température à laquelle le matériau est excité. Ce phénomène surprenant a fait l'objet d'une analyse détaillée

At the quest of new white emitting phosphors active in fluorescent and/or phosphorescence modes, the europium doped barium and strontium aluminosilicate (Ba/Sr)13-xAl22-2xSi10+2xO66:Eu phases have been investigated. The first part of this thesis is dedicated to the theoretical background concerning Eu2+ luminescence and thermoluminescent (TL) mechanisms. The second part concerns the synthesis routes, the structural characterization and the optical properties of the different studied compositions. Namely, an Eu2+ doped compound excited under UV displays two emission bands centred in the blue and the green zone of the visible spectrum, respectively. These ones are associated with Eu2+ cations lying at alkaline earth sites with different coordination. Ab-initio calculations based on a DFT approach evidenced the preferential location of Eu at the 9 fold coordinated site. The two emitting bands covers the whole visible spectrum which gives rise to the white luminescence with the naked eyes. Changes in the europium content and the Ba/Sr ratio significantly modify the colour rendering of the emission. After stopping the UV excitation, a white long persistent luminescence is observed and lasts about ten minutes, and traps responsible for phosphorescence have been characterized by emission decay measurements concomitantly to TL experiments. Finally, the spectral analyses of the TL signal underlined a dependency of the emitted spectra with the excitation temperature. This surprising phenomenon gave rise to a detailed discussion