Étude du dopage par des ions actifs et des nanoparticules semi-conductrices de matériaux sol-gel pour l'optique : interaction dopant-matrice et croissance localisée de nanoparticules par irradiation laser

par Katarzyna Raulin-Woznica (Woznica)

Thèse de doctorat en Structure et dynamique des systèmes réactifs

Sous la direction de Sylvia Turrell, Bruno Capoen et de Odile Robbe.

Soutenue le 09-12-2008

à Lille 1 .


  • Résumé

    Ce travail concerne le dopage par des ions actifs et/ou des nanoparticules (NPs) semi-conductrices de CdS et la caractérisation de xérogels de SiO2 poreux obtenus par voie sol-gel. Le but de cette étude est de contribuer à la compréhension de l'effet du dopage sur les propriétés structurales, texturales et optiques du matériau final. Nous avons montré par spectroscopie Raman et absorption-désorption d'azote que l'incorporation d'ions actifs, tels que Cd2+, Pb2+ ou Eu3+, modifie les cinétiques et les mécanismes de la gélification et la densification du réseau de SiO2. La nature même de ces modifications est fonction de la concentration en ions dopants. Dans le cas de l'ion Eu3+, l'analyse a été complétée par la spectroscopie d'émission utilisant cet ion comme sonde luminescente. Des xérogels de SiO2 ont aussi été post-dopés avec des NPs de CdS. La méthode consiste à diffuser dans la matrice poreuse une solution aqueuse contenant les précurseurs de cadmium et du soufre. Les NPs cristallisent ensuite in situ de manière homogène sous traitement thermique. Les spectroscopies d'absorption UV-visible, d'émission et d'excitation ont montré l'influence des niveaux pièges liés à des défauts de surface des NPs sur leurs propriétés optiques et ont mis en évidence un transfert d'énergie lors du co-dopage de SiO2 par CdS :Eu3+. Une deuxième technique de croissance cristalline a été utilisée. Elle consiste à irradier, par un faisceau laser pulsé, les matrices sol-gel contenant les précurseurs de CdS pour former localement des microstructures de NPs. Nous montrons notamment que l'absorption à deux photons permet d'envisager la structuration à l'échelle submicronique des NPs de CdS.

  • Titre traduit

    Study of doping by actives ions and semiconducting nanoparticles of sol-gel materials for optic : interaction doping-matrix and localized growth of nanoparticles by laser irradiation


  • Résumé

    This work concerns the elaboration by sol-gel process and the characterization of porous SiO2 xerogels doped with active ions and/or with semiconducting nanoparticles of CdS. The aim of the study was to contribute to the comprehension of the doping effects on structural and optical properties of the final material. We showed by Raman spectroscopy and nitrogen absorption-desorption that the insertion of active ions, such as Cd2+, Pb2+ or Eu3+, changes the kinetics and the mechanisms of the gelation and densification of the network of SiO2. The choices of the pH and of the concentration of the doping ion have distinct effects on the kinetics. This study was completed by emission spectroscopy using Eu3+ ion as luminescent probe to describe the environment of this ion in the porous matrix. The SiO2 xerogels were post-doped with CdS nanoparticles. The post-doping technique consists in the diffusion of an aqueous solution containing cadmium and sulphur precursors in the porous matrix. The nanoparticles crystallize in situ by heat treatment. The nanoparticle size and their emission properties were determined by UVvisible absorption as well as emission and excitation spectroscopies. The results showed the influence on optical properties of trap levels introduced by the surface defects of nanoparticles and an enhancement of the Eu3+ emission in SiO2 xerogel co-doped with CdS :Eu3+. A second method for the formation of CdS nanoparticles was used. CdS microstructures were created locally by pulsed laser irradiation of sol-gel matrices containing the CdS precursors.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (189-[14] p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitre. 204 réf.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2008-253
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