Sol-gel synthesis of ternary ZnxTiyOz nanaostructures for applications in solar cell technologies and photonics

• Auteur / Autrice : Jan Mrazek
• Direction : Lubomir Špaňhel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec Univerzita Karlova (Prague)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titane

Zinc

Photonique

Spinelles

Nanoparticules

Sol-gel, Procédé

Résumé

The presented study deals with the sol-gel synthesis of nanocrystalline ternary phases of the general formula ZnxTiyOz, their characterization and potential application in photonics. Achieved results brings new fundamental knowledge about the processes leading to the formation of ZnxTiyOz nanocrystals from amorphous xerogels and gives novel information about structural and opto-electrical properties of prepared materials. Two sol-gel approaches based on the cluster process and direct heteronucleation were employed to prepare initial sol. Sols were optionally doped by Eu3+ ions to evaluate the effects of rare earth element to crystallization properties of formed compounds. In the first part of our study crystallization properties and structural evolution of thermally treated xerogels were analyzed. As a result a versatile method allowing the preparation of inverse spinel Zn2TiO4, cubic defect spinel ZnTiO3 and rhombohedral ZnTiO3 with tailored nanocrystal sizes was established. In the second part of the study, approaches elaborated in the first part were successfully exploited for the preparations of thin films with define nanocrystalline structure and selected composition. . Refractive indexes, dispersion curves and band gap energies of particular structures were determined. In the third part of our study the zinc oxide nanoparticles prepared by the solgel process can be successfully employed as a part of host matrixes for rare earth element allowing the preparation of active optical fibers with parameters close to optical fibers prepared by the standard or modified solution doping method.

L'étude examine la préparation de phases ternaires de formule générale ZnxTiyOz par la voie sol-gel, leur caractérisation et l'application éventuelle dans la photonique. Résultats obtenus apporte des nouvelles connaissances fondamentales sur les processus de formation de nanocristaux ZnxTiyOz de xérogels amorphe et donne des nouvelles informations sur les propriétés structurales et opto-électrique de matériaux préparés. Sur la base des résultats présentés, la plupart de toutes de phase reportée composant de ZnxTiyOz avec la taille et la structure nanocristalline façonner peuvent être préparés comme des poudres ou des couches minces. Une méthode souple qui permet la préparation de spinelle inverse Zn2TiO4, cubes spinelle défaut ZnTiO3 et rhomboédrique ZnTiO3 avec des tailles de nanocristaux a été créé sur mesure. Dans la deuxième partie de l'étude, les approches élaborées dans la première partie ont été exploitées avec succès pour la préparation des couches minces à définir la structure et la composition nanocristallin sélectionné. Dans la troisième partie on a démontré que des nanoparticules d'oxyde de zinc préparé par le procédé sol-gel peut être utilisé avec succès dans le cadre des matrices d'accueil pour l'élément terre rare permettant la préparation des fibres optiques actives avec des paramètres près de fibres optiques préparé par la solution standard ou par la méthode de dopage modifiée.