Thèse soutenue

Conversion d'énergie mécanique en lumière : compréhension du phénomène dans le cas des matériaux composites phosphore-élastomère
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Amira Saoudi
Direction : Christophe DujardinBenoît Mahler
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 23/11/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
Laboratoire : Institut Lumière Matière
Jury : Président / Présidente : Catherine Journet
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dujardin, Benoît Mahler, Anna Vedda, Philippe Smet, Geneviève Chadeyron, Thierry Gacoin
Rapporteurs / Rapporteuses : Anna Vedda, Philippe Smet

Résumé

FR  |  
EN

Elastico-mécanoluminescence (EML), qui est le phénomène où la luminescence est induite par la déformation élastique des solides, a connu un intérêt croissant ces dernières années. L'étude des matériaux composites de type phosphore-élastomère comme le ZnS:Cu/Mn incorporé dans une matrice de PDMS (polydiméthylsiloxane). De nombreux appareils sont développés à partir de ce phénomène comme des fibres de tissus mécanoluminescentes, ou encore des panneaux d’affichage mécanoluminescents alimentés grâce à la force du vent. Cependant, l'origine de ce mécanisme n’est pas complètement établie. Un des modèles permettant d’expliquer l’EML invoque le processus d'auto-régénération de la mécanoluminescence par la réduction de la profondeur du piège induite par la piézoélectricité. Bien que ce modèle soit assez bien accepté, il est néanmoins contesté par d'autres auteurs qui proposent un mécanisme alternatif. Dans le cas d’un matériau composite ZnS: Cu-PDMS, il est démontré que la triboélectricité est également adaptée pour expliquer ce phénomène de luminescence. Cette théorie est soutenue par le fait qu'un matériau élaboré à base d’une matrice rigide, comme la résine, au lieu d’une matrice souple comme le PDMS rend l’EML impossible à produire. Le travail présenté aborde les différents mécanismes de l’EML selon deux approches. L’une consiste à évaluer un matériau modèle en condition d’étirement et à en analyser la réponse optique. L’autre consiste à synthétiser différents matériaux et à tester leur efficacité en fonction de différents paramètres structuraux et morphologiques. Ainsi, différents phosphores (piézoélectriques ou non) et des hétérostructures telles que ZnS:Cu, ZnS:Mn, CaZnOS: Mn/Mn, Li sont dispersés dans des matrices à base de PDMS et caractérisés selon diverses conditions d'étirement. Les conclusions de ces résultats mènent à privilégier le modèle triboélectricité. Ce point important met en évidence l’importance de la surface des microparticules. Ainsi, des traitements chimiques de surface, comme des revêtements de silice SiO2 ou de téflon, permettent d’étudier l'influence de la modification de surface des microparticules ainsi que de déterminer l'interaction entre les microparticules et le polymère. En effet, la force d’adhésion entre ces deux éléments joue un rôle central dans l’intensité de la lumière émise lors d’une déformation élastique. Cette approche fournit une meilleure compréhension du phénomène d'élastico-mécanoluminescence et nous a permis de proposer un mécanisme d’activation de l’EML et d’établir un modèle applicable aux différents matériaux que nous avons étudiés. Nous avons pu démontrer que plus l’interaction est faible et plus l’EML est intense via la mise en lumière d’éléments observés sous microscope optique. Ces éléments placent la triboélectricité comme seul mécanisme responsable de l’EML. Cela a permis, entre autres, de rendre efficaces diverses microparticules commerciales, ce qui permet d’envisager d’élargir la gamme de luminophores pour cette application