Caractérisation des verres luminescents préparés par la méthode sol-gel

Characterization of luminescents glasses prepared by sol-gel method

• Auteur / Autrice : Fedia Ben Slimen
• Direction : Stéphane Chaussedent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, Matériaux et composants
• Date : Soutenance le 12/12/2016
• Etablissement(s) : Angers en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de photonique d'Angers - Laboratoire de Photonique d'Angers / LPHIA
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hafedh Ben Ouada, Nathalie Gaumer, Najeh Jaba, François Sanchez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wilfried Blanc, Chérif Dridi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sulfure de cadmium

Nanoparticules

Dynamique moléculaire

Fluorescence

Sol-gel, Procédé

Europium

Mots clés libres

Verres de silicophosphates

Fluorescence par affinement des raies

Silicophosphate glasses

Fluorescence line narrowing

Molecular dynamics

CdS nanoparticles

Résumé

Les verres dopés par des ions de terres rares ou/et des nanoparticules de semi-conducteurs continue à faire l’objet de plusieurs recherches grâce à leur efficacité dans les domaines d’optoélectroniques. En effet, ces matériaux sont parmi les candidats potentiels pour des applications en photonique tels que les amplificateurs à fibre optique, les convertisseurs de lumière, les capteurs et les guides d'ondes 3D.Dans le cadre de cette thèse, des verres à base de silice (SiO2)dopé par des ions d’europium (Eu3+) ont été préparés par le processus sol-gel. Afin de mieux disperser les ions de terres rares et d’améliorer leur émission, les verres ont été codopés par le phosphore et/ou l’aluminium. Des nanoparticules de semi-conducteur (CdS) ont été aussi introduite dans le verre afin d’augmenter l’absorbance de la lumière excitatrice et d’obtenir une émission plus intense des ions Eu3+. Les verres préparés ont été analysés par photoluminescence et par la technique de rétrécissement des raies de luminescence (FLN). Ces mesures ont été suivi par des simulations par la méthode de dynamique moléculaire (DM)afin d’étudier l’effet de phosphore et/ou de l’aluminium sur l’environnement local des ions d’europium et la dispersion de ces ions dans la matrice vitreuse. La présence de deux types de sites des ions d’europium dans le verre de silicophosphates a été mise en évidence et a été confirmé par les deux techniques (FLN et DM). L’effet des nanoparticules de CdS sur l'émission des ions Eu3+dans un verre de silicophosphate a été aussi étudié et il a été montré que l’émission des ions Eu3+ est considérablement dépendante de la concentration des nanoparticules de CdS et de la température de recuit.

Glasses doped with rare earth ions and/or semiconductor nanoparticles continues to be the subject of several studies due to their effectiveness in optoelectronic fields. Indeed, these materials are among the potential candidates for photonic applications such as optical fiber amplifiers, light converters, sensors and 3D waveguides. As part of this thesis, silica-based glasses (SiO2) doped with europium ions (Eu3+) were prepared by the sol-gel process. In order to better disperse the rare earth ions and improve their emission, the glasses were codoped with phosphorus and/or aluminum. Semiconductor nanoparticles (CdS) were also introduced into the glass in order to increase the absorbance of the excitation light and to obtain a more intense emission of Eu3+ ions. The prepared glasses were analyzed by photoluminescence and by the technique of Fluorescence line narrowing (FLN). These experimental measurements were followed by theoretical simulations using the molecular dynamics method (DM) to study the effect of phosphorus and/or aluminum on the local environment of the europium ions and their dispersion in the vitreous matrix. The presence of two types of europium ion sites in the glass silicophosphates has been demonstrated and confirmed by two techniques (FLN and DM). The effect of CdS nanoparticles on the emission of Eu3+ ions in a glass silicophosphate was also studied and it was shown that the emission of Eu3+ ions is considerably dependent on theconcentration of CdS nanoparticles and annealing temperature.