Elaboration de verres sodocalciques dopés avec des nanoparticules métalliques et semi-conductrices

Elaboration of soda-lime glasses doped with metal and semiconductor nanoparticles

• Auteur / Autrice : Rim Faraj
• Direction : Aziz Boukenter, François Goutaland, Nadège Ollier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 02/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Elti Cattaruzza
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aziz Boukenter, François Goutaland, Nadège Ollier, Elti Cattaruzza, Mohammed Bouazaoui, Jean-Philippe Blondeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Bouazaoui, Jean-Philippe Blondeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Raman, Effet augmenté en surface

Cobalt

Or -- Composés organiques

Argent

Nanoparticules

Poling thermique

Échange d'ions

Verre de silice

Mots clés libres

Verre sodocalcique

Echange ionique

Poling thermique

Nanoparticules

Argent

Or

Cobalt

Soda-lime glass

Ion exchange

Thermal poling

Nanoparticles

Silver

Gold

Cobalt

Résumé

L’objectif de cette thèse est de doper des verres sodocalciques avec des nanoparticules d’argent, d’or et de cobalt. La procédure suivie dans ce travail repose sur l’association des techniques d’échange ionique thermique (classique ou assisté par champ électrique) et d’une insolation laser UV continue (244nm). La première partie de la thèse concerne l’effet de l’oxygène sur la croissance des nanoparticules d’argent. Nous avons démontré un effet réducteur de l’oxygène sur les ions argent et par suite un effet positif sur la croissance des nanoparticules. La deuxième partie de la thèse concerne le dopage des verres avec des nanoparticules d’or. Nous avons démontré que la formation de nanoparticules d'or dépend fortement de la température appliquée durant l’échange ionique. Après optimisation des paramètres expérimentaux, nous avons pu montrer l’efficacité de nos substrats pour la détection par effet SERS de molécules très peu concentrées. La dernière partie de ce travail porte sur les résultats obtenus avec le cobalt. Nous avons démontré la formation de nanoparticules de Co3O4 et de CoO à la surface des verres. L’étude Raman menée a permis de montrer la possibilité de contrôler la phase cristalline de l’oxyde de cobalt. Mes travaux s’achèvent sur l’étude du co-dopage des verres par des nanoparticules d’argent et de cobalt. La faisabilité de ce co-dopage a été démontrée et nous avons pu mettre en évidence l’oxydation préférentielle du cobalt vis-à-vis de l’argent, ouvrant de nouvelles voies autant sur l’optimisation des capteurs à effet SERS, que vers des applications magnéto-optiques potentielles.

The aim of this thesis is to dope soda-lime glasses with either silver, gold or cobalt nanoparticles. The experimental procedure is based on the successive combination of thermal ion exchange techniques (conventional or assisted by electric field) and continuous UV laser irradiation (244 nm).The first part of this work concerns the effect of oxygen on the growth of silver nanoparticles. We have demonstrated a reducing effect of oxygen on silver ions which favors the growth of silver nanoparticles during the laser exposure.The second part of this work is dedicated to the doping of the glass with gold nanoparticles. We have shown that the formation of gold nanoparticles strongly depends on the temperature applied during the ion exchange. After optimization of the experimental parameters, we have been able to show the efficiency of our substrates for the detection of very low concentrated molecules diluted in liquid solution, using the well-known SERS technique.The last part of this work deals with the results obtained with cobalt. We have demonstrated the formation of either Co3O4 or CoO nanoparticles located at the glass surface. Raman study has shown the possibility to favor etiher one of these two phases. The feasibility of co-doping the glass by silver and cobalt has also been demonstrated and we have highlighted the preferential oxidation of cobalt with respect to silver, opening new perspectives such as the optimization of SERS sensors or for potential magneto-optical applications.