Verres et vitrocéramiques à base de chalco-halogénures dopés par des ions de terres rares pour la luminescence dans le visible

par Yannick Ledemi

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bruno Bureau, Younés Messaddeq et de Marcel Poulain.

Soutenue en 2008

à Rennes 1 en cotutelle avec l'Universidade estadual paulista (São Paulo, Brésil) .

mots clés

• Chalcogénures
• Vitrocéramique
• Terres rares
• Luminescence
• Plasmons

Résumé

De nouvelles vitrocéramiques transparentes à base de chalco-halogénures dopées par des ions de terres pour la luminescence dans le visible ont été préparées. Des vitrocéramiques transparentes et homogènes ont été obtenues de manière contrôlée et reproductible à partir de verres de chloro-sulfures de gallium et de germanium totalement transparents dans le visible (400-750 nm) jusqu’au moyen infrarouge (11,5 µm). Une étude structurale de la cristallisation a été menée par diffraction de rayons X et résonance magnétique nucléaire à l’état solide. Un meilleur comportement mécanique a également été observé pour les matériaux composites préparés. Ces vitrocéramiques ont ensuite été dopées par des ions de terres rares (praséodyme et néodyme). La luminescence dans le visible de ces ions a été étudiée en fonction des conditions de traitement thermique. Enfin, des verres dopés par du praséodyme et de l’argent ont été préparés dans le même système vitreux. Une intensité exaltée de l’émission de l’ion praséodyme a été observée en présence de nanoparticules d’argent et attribuée au phénomène de résonance plasmonique de surface.

Titre traduit

Rare earth ion doped chalco-halide glasses and glass-ceramics for visible luminescence

Résumé

New chalco-halide glass-ceramics doped with rare earth ions have been prepared. Transparent and homogeneous glass-ceramics have been obtained with reproducibility from germanium and gallium chloro-sulfide glasses transparent over the visible range (400-750 nm) up to the mid infrared (11,5 µm). Nanocrystals with homogeneous size and uniformly distributed in the amorphous matrix have been observed. A structural study of the crystallization has been realized using X-ray diffraction and solid state nuclear magnetic resonance. An improved mechanical behaviour has also been observed in the prepared composite materials. Then these glass-ceramics have been doped with rare-earth ion (praseodymium and neodymium). Their luminescence in the visible range has been studied as a function of heat-treatment conditions. Finally, silver and praseodymium doped glasses have been synthesized in the same glassy system. A large enhancement of the praseodymium ions luminescence was observed in the presence of silver nanoparticles and attributed to the surface plasmonic resonance effect.