Nanocristaux de grenat pour l'éclairage blanc par LED et pour la nanothermométrie
Auteur / Autrice : | Alexandra Cantarano |
Direction : | Géraldine Dantelle |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie |
Date : | Soutenance le 06/11/2020 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut Néel (Grenoble, Isère, France ; 2007-....) |
Jury : | Président / Présidente : Stéphane Parola |
Examinateurs / Examinatrices : Corine Gerardin, Vincent Consonni | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Chadeyron, Cyril Aymonier |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
La génération de lumière blanche par LED est généralement obtenue par la combinaison d’une diode bleue et d’une couche de luminophores convertissant une partie de la lumière bleue en lumière jaune. La couche de luminophores est constituée de cristaux microniques de YAG:Ce3+ encapsulés dans une résine organique dont le vieillissement détériore les performances lumineuses des LED blanches. La taille des cristaux, supérieure aux longueurs d’onde impliquées, conduit à de la diffusion aléatoire entraînant des pertes d’énergie. Afin de diminuer ces pertes, de s’affranchir de la résine et de permettre le couplage des luminophores avec des LED nanostructurées, nous avons développé des nanocristaux de YAG:Ce3+ et proposé leur mise en forme sans liant.Le développement d’une voie de synthèse solvothermale modifiée nous a permis, grâce à l’apport d’une pression externe initiale, d’élaborer de nanocristaux individuels, stables dans l’éthanol. La cristallinité de ces nanocristaux a été optimisée en modifiant le solvant de synthèse et en utilisant un protocole de bullage au sein de la solution de précurseurs qui, en déclenchant une étape de germination hétérogène, permet une phase de croissance plus longue et donc l’obtention de nanocristaux hautement cristallins. Cette stratégie a conduit à l’élaboration de nanocristaux à haut rendement interne : 52% pour des nanocristaux de 60 nm et 66% pour des cristaux de 200 nm. Ces nanocristaux ont été mis sous forme de couches d’une épaisseur contrôlée (dans la gamme 10 - 100 µm), sans ajout de liant, puis combinés à des LED bleues nanostructurées pour l’élaboration de diodes blanches.De plus, en utilisant la voie de synthèse développée pour les nanocristaux de YAG :Ce3+, très versatile, nous avons développé des nanocristaux de YAG:Nd3+ et de GSAG:Nd3+, de très bonne qualité cristalline. Ces nanocristaux peuvent être stabilisés dans un milieu biologique grâce à un couplage avec des copolymères à blocs doublement hydrophiles et présentent une photoluminescence étroite dans les fenêtres de transparence des tissus biologiques, parfaitement adaptée à leur utilisation comme nanosondes pour l’imagerie in vivo. Enfin, ces nanocristaux nous ont permis d’effectuer des mesures de température à l’échelle nanométrique avec une sensibilité thermique relative de l’ordre de 0,2% K-1.