Vitrocéramiques de borotellurites de bismuth et céramiques d'oxydes de tellure type grenat pour des applications optiques

Bismuth borotellurite glass ceramics, and garnet-type tellurium oxide ceramics for optical applications

• Auteur / Autrice : Marine Cholin
• Direction : Jean-René Duclere, Vincent Couderc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance le 26/10/2023
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Limoges ; 2022-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Président / Présidente : Franck Fayon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Chenu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Piarristeguy, Sylvain Marinel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière -- Propagation

Matériaux céramiques

Vitrocéramique

Mots clés libres

Borotellurites

Céramique

Transparence

Émission de lumière

Glass ceramics

Borotellurite

Transparency

Ceramics

Light emission

Résumé

La recherche de nouveaux matériaux transparents, nécessaire à l’amélioration des dispositifs optiques, est cruciale. De par ses propriétés optiques linéaires et non linéaires attractives, l’oxyde de tellure est un excellent candidat. Par ailleurs, les verres borotellurites s’avèrent intéressants pour leur capacité à présenter un mécanisme de démixtion chimique entre les oxydes de tellure et de bore. C’est pourquoi, au cours de cette thèse, nous avons fabriqué de nouvelles vitrocéramiques borotellurites de bismuth en utilisant ce mécanisme de séparation de phases. Divers traitements thermiques spécifiques, ainsi que divers procédés, appliqués à trois compositions chimiques vitreuses d’intérêt ont alors permis de cristalliser partiellement les phases Bi2Te4O11 et Bi2Te2O7, et la phase non-centrosymétrique Bi2TeO5, tout en conservant une haute transparence. Dans cette thèse, nous nous sommes également intéressés à la fabrication d’une céramique tellurate type grenat - Ca3Zn3Te2O12 - par frittage SPS d’une poudre céramique broyée (réalisée par réaction solide-solide). De plus, quelques éléments d’une synthèse en voie liquide de ce même grenat ont été présentés. Par ailleurs, une étude de co-dopage de ce tellurate par les ions Ce3+/Na+ a été mise en place, dans le but d’élaborer un nouveau luminophore inorganique émettant aux longueurs d’onde du jaune. Cependant, la problématique d’un milieu réactionnel assez réducteur pour la conservation du degré d’oxydation +III du cérium (Ce3+), mais aussi assez oxydant pour la conservation du degré d’oxydation +VI du tellure (Te6+), engendre des complications, avec la formation persistante de CeO2 qui limite la quantité d’ions Ce3+ insérés. Néanmoins, nous avons pu fabriquer des échantillons émetteurs de lumière jaune.

The search for new transparent materials, necessary for the improvement of optical devices,is crucial. Thanks to its attractive linear and non-linear optical properties, tellurium oxide is anexcellent candidate. Borotellurite glasses are also interesting for their ability to exhibit achemical demixtion mechanism between tellurium and boron oxides. For this reason, in thecourse of this thesis, we have fabricated new bismuth borotellurite glass-ceramics using thisphase separation mechanism. Various specific heat treatments and processes applied to threeglassy chemical compositions of interest enabled the partial crystallization of the Bi2Te4O11 andBi2Te2O7 phases, and the noncentrosymmetric Bi2TeO5 phase, while maintaining hightransparency. In this thesis, we also investigated the manufacture of a garnet-type tellurateceramic - Ca3Zn3Te2O12 - by SPS sintering of a ground ceramic powder (achieved by solidsolidreaction). We also presented some elements of a liquid synthesis of the same garnet. Inaddition, a co-doping study of this tellurate with Ce3+/Na+ ions has been set up, with the aim ofdeveloping a new inorganic luminophore emitting at yellow wavelengths. However, theproblem of a reaction medium reducing enough to preserve the +III oxidation state of cerium(Ce3+), but also oxidizing enough to preserve the +VI oxidation state of tellurium (Te6+), gaverise to complications, with the persistent formation of CeO2 limiting the quantity of Ce3+ ionsinserted. Nevertheless, we were able to fabricate yellow light-emitting samples.