Préparation et caractérisation d'aluminoborate d'yttrium pour le développement d'une nouvelle génération de fluorophores pour l'éclairage

par Vinicius Guimaraes

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alain Ibanez.

Soutenue le 22-06-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jacques Derouard.

Le jury était composé de Alban Ferrier, Antonio carlos Hernandes, Lauro june Queiroz maia, François Levy.

Les rapporteurs étaient Genevieve Chadeyron, Christophe Dujardin.


  • Résumé

    This work specifies the synthesis and the characterization of amorphous powders belonging to the Y2O3 - Al2O3 - B2O3 system. The main objective of this work was to develop amorphous powders near the YAl3(BO3)4 composition without any rare earth as doping for the development of a new family of phosphors for solid state lighting systems excited by near ultra-violet light. The sol-gel and polymeric precursor methods were applied in order to produce these powders. After these syntheses we optimized several parameters such as thermal treatments: two different routes were tested: direct calcination and pyrolytic decomposition followed by calcination. The temperature, annealing time, heating rate and the effects of impurities on the photoluminescence (PL) were studied. A comparison between these two synthesis methods was done. The powder samples were characterized by thermal analysis technique, X-ray diffraction, photoluminescence and infra-red spectroscopies, transmission and scanning electron microscopy, elemental analysis and electron probe microanalyses, nuclear magnetic resonance, cathodoluminescence, electronic paramagnetic resonance. From the thermal analyzes, it was observed that the powder prepared by polymeric precursor method shows a glass transition temperature (Tg) around 740 °C and crystallization temperatures (Tx) at 815, 850 and 900 °C. Amorphous powder showing high photoluminescence emission (between 400 and 750 nm) and quantum yields higher than 90% at 365 nm excitation, without any phase segregation were obtained when the samples are annealed at temperatures at around Tg, above this temperatures the powder start to crystallize decreasing their PL properties. Other compositions were studied by increasing the relative amounts of Y2O3, Al2O3 and B2O3, by removing the yttrium, addition of SiO2. Finally, the first measurements of color coordinates and the preliminary tests on the thermal and photo stability have been done.

  • Titre traduit

    Preparation and characterization of yttrium alumino-borate powders for the development of a new generation of phosphors for lighting.


  • Résumé

    Ce travail de these porte sur la synthèse et la caractérization de poudres amorphes en appartenant système Y2O3 - Al2O3 - B2O3. L'objectif principal du travail a été de préparer des poudres amorphes dont la composition est proche de YAl3(BO3)4 sans terre rare en vue la réalisation de phosphores pour des dispositif d'éclairage solide à base de LED emmetant dans le proche UV. Pour la synthèse des poudres les methodes sol-gel et celles des precurseurs polymériques ont été utilisées. Nous avons ensuite optimizé les paramètres thermiques, en utilisant deux stratégies: la calcination directe et la pyrolyse suivrie d'une seconde étape de calcination. La température, le temps de recuit, vitesse de chauffage et les effect des impurities sur la photoluminescence ont été étudié. Les échantillons en poudre ont été caractérisés par les techniques d'analyse thermiques, diffraction des rayons X, la spectroscopie de photoluminescence et la spectroscopie infra-rouge, microscopies électronique à balayage et en transmission, les méthodes des analyses élémentaire et microsonde électronique, la résonance magnétique nucléaire, cathodoluminescence et le résonance paramagnétique électronique. Par l'analyse thermique, on a observé que la poudre préparée par la méthode de précurseur polymère a une température de transition vitreuse (Tg) autour de 740 ° C et des températures de cristallisation (Tx) à 815, 850 et 900 ° C. Les poudres amorphes presentent de larges bandes d'émission de photoluminescence (entre 400 et 750 nm) avec des rendements quantiques supérieurs à 90% pour une excitation de 365 nm. De plus, les poudres microscopiques obtenu sont chimiquement homogene avec des composition très proche de celle initialmente visée YAl3(BO3)4 lorsque les échantillons sont recuits à des températures voisine du Tg. Au-dessus de cette température, la poudre commence à se cristalliser conduisant à réduction de l'intensité de PL. D'autres compositions ont été étudiées en augmentant la quantité relative de Y2O3, Al2O3 et B2O3, en éliminant complètement l'yttrium, ou en ajutant SiO2. Finalement, les premiers mesures de coordonnées de couleur et les essais préliminaires sur la stabilité thermique et photométrique sont très prometeur. En effet, outres les rendemente specifiques de luminescence très elevés ces luminophores émitent de lumiére très chaudes.

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