Elaboration de couches minces sol-gel dopées par des nanoparticules magnétiques en vue d’applications optiques

par Christophe Massard

Thèse de doctorat en Énergétique. Génie des procédés

Sous la direction de Jean-Louis Taverdet.

Soutenue en 2006

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l’élaboration de couches minces par procédé sol-gel pour des applications magnéto-optiques. Afin de répondre au cahier des charges de l’utilisation technologique ultérieure de ces films, il faut produire un matériau suffisamment souple pour être peu biréfringent, possédant un indice optique adapté, et dopé par des nanoparticules ferrimagnétiques spécifiques. Pour satisfaire ces exigences, des couches minces d’oxyde mixte SiO2-TiO2 ont été réalisées. Les différentes caractérisations physico-chimiques (FTIR, RBS, mesures de contraintes et d’indices optiques…) conduites sur ces revêtements ont permis de mettre en évidence que les traitements thermiques les plus doux sont les plus adaptés à la limitation de la biréfringence. Parallèlement, les essais de dopage sur ces matériaux n’ont pas permis de mettre en évidence l’effet de rotation Faraday recherché. Nous avons donc été conduit à développer des couches minces hybrides inorganiques-organiques photopolymérisables pour tenter de satisfaire nos objectifs de recherche. Le taux de conversion organique, évalué par spectroscopie infrarouge joue un rôle important dans la réduction des contraintes résiduelles dans la couche. Ainsi, des taux de conversion de l’ordre de 60 % ont permis d’obtenir des matériaux peu biréfringents tout en gardant des propriétés de résistance à l’usure acceptables comme l’ont montré les analyses tribologiques. La mise en œuvre du dopage de ces matériaux hybrides a été effectuée par le développement d’une formulation conjointe des sols et du dopant afin de réaliser une compatibilité chimique entre les divers constituants présents. La réalisation de couches minces hybrides dopées par du ferrite de cobalt a été effectuée. Pour améliorer les propriétés magnéto-optiques des films, il faut pouvoir augmenter la concentration du dopant dans le matériau solide

  • Titre traduit

    Synthesis of magnetic nanoparticles doped sol-gel thin films for magneto-optical applications


  • Résumé

    This work is devoted to the synthesis and characterization of doped sol-gel films. The main goal of this study is to achieve an effective doping and to reduce the stress birefringence of the films for new optical devices. Thin SiO2-TiO2 layers are coated on glass substrates. Analysis with FTIR, RBS, stress and refractive index measurement show that soft annealing treatments reduce the residual stress of the material. The weak doping of these coatings limits the magneto-optical effects. In order to reduce the residual stress, we have developed hybrids sol-gel films with photoinduced organic polymerization. Organic conversion ratio is important in the decrease of the mechanical stress of these kinds of materials. Organic convrsion of 50 % measured by FTIR decreases the stress birefringence up to 2. 10-4. The friction coefficient and wear behavior of the films have been investigated versus the organic conversion ratio. For conversion ratios above 60 %, friction coefficient is in 0. 1 range. A home made Cobalt ferrite nanoparticles aqueous dispersion is used to dope the hybrid matrix. Because the doping in the solid is not sufficient, a weak Faraday rotation is only detected in the films

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Informations

  • Détails : 1 vol. (264 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Jean Monnet. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 50760
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