Élaboration, structure et caractérisation mécanique de verres et de vitrocéramiques oxyazotés mécanoluminescentes du système BaO-SiO₂-Si₃3N₄
Auteur / Autrice : | Alexis Duval |
Direction : | Tanguy Rouxel |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences des matériaux |
Date : | Soutenance le 16/11/2023 |
Etablissement(s) : | Université de Rennes (2023-....) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux (Rennes) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de physique (Rennes) |
Jury : | Président / Présidente : Franck Tessier |
Examinateurs / Examinatrices : Lothar Wondraczek, Virginie Nazabal | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Allix, Philippe Smet |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les verres oxyazotés sont des verres d’oxydes dont une partie des atomes d’oxygène est substituée par des atomes d’azote. Dans cette thèse, plusieurs verres oxyazotés du système BaO-Al₂O3-SiO₂-Si₃3N₄ ont été élaborés à l’aide d’une installation sous atmosphère contrôlée, et leur structure a été explorée.Leu rs grandes propriétés mécaniques (ténacité, élasticité, dureté) découlent d’une distribution homogène de l’azote dans le réseau vitreux, ainsi que d’une augmentation de la densité volumique d’énergie. Puis, les propriétés luminescentes et mécanoluminescentes de cristaux Ba₄Si₆O₁₆:Eu²⁺, RE ont été étudiées. Le rôle des lacunes d’oxygène dans le mécanisme de luminescence a été identifié. Cette étude a aussi permis de définir une composition verrière, où le taux de réduction de l’europium a été contrôlé (et déterminé par spectroscopie Mössbauer) en définissant le taux de Si₃3N₄. Une vitrocéramique massive a été obtenue à travers la cristallisation congruente de ce verre, dont la mécanoluminescence a été étudiée à travers plusieurs essais mécaniques. La nature de la contrainte mécanique (compression, traction, cisaillement) a une incidence considérable sur le comportement et sur l’intensité de la mécanoluminescence. Ces observations sont corroborées par des calculs réalisés par DFT : les niveaux d’énergie des lacunes d’oxygène dans la bande interdite dépendent de la nature et de la valeur de la contrainte mécanique appliquée.