Préparation et caractérisation de poudres et céramiques (oxy) sulfures pour applications en optique active et passive

par Christophe Chlique

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Odile Merdrignac-Conanec et de Xiang Hua Zhang.

Soutenue en 2011

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Ce travail de recherche porte sur la synthèse, la mise en forme et la caractérisation de matériaux à base de sulfures ou oxysulfure pour des applications optiques passives ou actives. Différentes techniques de synthèse, notamment la précipitation en milieu aqueux ou la synthèse par combustion, ont été utilisées pour préparer les nanopoudres précurseurs, ZnS, CaLa₂S₄, BaLa₂S₄ ou La���O₂S. Il a été constaté qu'un traitement sous H₂S/N₂ permet de purifier ces précurseurs tout en conservant la phase cubique (ZnS) nécessaires pour la préparation de céramiques transparentes. Des céramiques ZnS, avec une transmission maximale d'environ 70% à la longueur d'onde de 10 µm, ont été élaborées par compaction à chaud en utilisant les techniques Hot Pressing ou Spark Plasma Sintering pour des applications optiques dans la fenêtre 8-12 µm. Des poudres de ZnS dopées au Fe²⁺ ont été synthétisées et étudiées avec une bande d'émission très large entre 3 µm et 4,5 µm. Des effets laser ont été obtenus à des longueurs d'ondes entre 3,4 µm et 3,6 µm en fonction de la température. Des poudres d'oxysulfure de lanthane co-dopées à l'Er³⁺ et l'Yb³⁺ ont été étudiées comme matériaux fluorescents pour modifier le spectre solaire avec l'objectif d'augmenter le rendement des cellules solaires photovoltaïques. Un rendement quantique supérieur à 100% a été obtenu avec un pompage à 523 nm pour des émissions dans le visible et le proche infrarouge. Ces résultats montrent que ces matériaux sont des matrices très efficaces pour le dopage des terres rares.

  • Titre traduit

    Preparation and characterization of (oxy)sulfide powders and ceramics for passive and active optical applications


  • Résumé

    This work focuses on the preparation and characterization of sulfides and oxysulfide materials for passive or active optical applications. Precipitation and combustion synthesis were used as synthesis methods for the preparation of the precursor nanopowders such as ZnS, CaLa₂S₄, BaLa₂S₄ or La₂O₂S. Additional treatment under H₂S/N₂ was performed to purify the powders without modifying the cubic structure (ZnS) which is necessary for obtaining transparent ceramics. ZnS ceramics, with a maximum transmission of about 70% at the wavelength of 10 µm, were elaborated by Hot Pressing or Spark Plasma Sintering techniques for optical applications in the 8-12 µm. Fe²⁺ doped ZnS powders were synthesized and studied with a large emission band between 3 µm and 4. 5 µm. Lasing has been obtained between 3. 4 µm and 3. 6 µm depending on the temperature. Er³⁺ and Yb³⁺ co-doped lanthanum oxysulfide powders were studied as fluorescent materials for solar spectrum in order to increase the efficiency of photovoltaic solar cells. Quantum yield higher than 100% was obtained with pumping at 523 nm for emission in the visible and the near-infrared. These results show that the lanthanum oxysulfide materials are efficient hosts for rare earths doping.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2011/137
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