Synthèse, structure et propriétés optiques de nouveaux verres à base d’oxyde de tellure dans les systèmes TeO₂-TiO₂-WO₃ and TeO₂-NbO₂̩ ̩₅-WO₃

Synthesis, structure and optical properties of new tellurium oxide-based glasses within the TeO₂-TiO₂-WO₃ and TeO₂-NbO₂̩ ̩₅-WO₃ systems

• Auteur / Autrice : Mohammed Reda Zaki
• Direction : Olivier Masson, Philippe Thomas, David Hamani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux Céramiques et Traitements de Surface
• Date : Soutenance le 14/03/2018
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les CERamiques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Masson, Philippe Thomas, David Hamani, Thierry Cardinal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mikhaïl Smirnov, Marc Dussauze

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ellipsométrie

Spectroscopie Raman

Tellure -- Composés

Propriétés optiques

Verre d'oxydes

Mots clés libres

Verres à base de TeO2

Théorie de force de champ cationique

Transmission optique

TeO1-based glasses

Cationic field strength theory

Optical transmission

Résumé

Ce travail est une contribution à la compréhension de la structure à courte et moyenne distance des verres à base de TeO₂ via de nouveaux verres au sein des systèmes TeO₂-TiO₂-WO₃ (TTxWy) et TeO₂-NbO₂ ̩₅-WO₃ (TNxWy). De pertinentes corrélations sont révélées entre leurs propriétés structurales (en utilisant la spectroscopie Raman) et optiques. Globalement, l’ajout de TiO₂, WO₃ ou NbO₂ ̩₅ n’engendre aucune évolution structurale brutale. L’ajout de TiO2 induit une séparation de phases entre les régions amorphes riches en TiO2 et le réseau riche en TeO2. Cette interprétation est en accord avec le comportement structural prédit par la théorie de Dietzel sur la force de champ cationique. L’ajout de WO3 entraîne l’apparition (i) d’octaèdres WO₆ uniformément dispersés à travers le réseau des ponts Te–O–Te (pour de faibles teneurs en WO₃) et (ii) de régions riches en WO3 (pour des teneurs plus importantes en WO₃). L’ajout de NbO₂ ̩₅ engendre (i) une faible dépolymérisation structurale du réseau Te–O–Te et (ii) l’apparition des régions riches en NbO₂ ̩₅. Les verres étudiés sont dotés de forts indices de réfraction linéaires (2.19 dans TTxWy et 2.13 dans TNxWy en moyenne) et de remarquables susceptibilités non linéaires χ(3) (7.03 *10-13 esu dans TTxWy et 5.48 *10-13 esu dans TNxWy en moyenne, i.e., ~47 et ~37 fois plus élevées que la valeur de χ(3) du verre SiO₂).

In this work, we present a contribution to the understanding of the short- to medium-range structure of TeO₂-based glasses via new glasses within the TeO₂-TiO₂-WO₃ (TTxWy) and TeO₂-NbO₂ ̩₅-WO₃ (TNxWy) systems. Consistent correlations are revealed between their structural (using Raman spectroscopy) and optical properties. Globally, no striking structural evolutions take place upon adding TiO₂, WO₃ or NbO₂ ̩₅. Adding TiO2 results in a phase-separation between amorphous TiO₂-rich regions and TeO2-rich network, in harmony with the predicted structural behavior on the basis of Dietzel’s cationic field strength theory. Adding WO₃ leads to (i) uniformly dispersed WO₆ octahedra throughout the Te–O–Te network (at low WO₃ contents) and (ii) amorphous WO₃-rich regions (at higher WO₃ contents). Adding NbO₂ ̩₅ engenders (i) a weak structural depolymerization of the Te–O–Te network and (ii) occurrence of NbO₂ ̩₅-rich regions. The investigated glasses exhibit high linear refractive indices (averages of 2.19 in TTxWy and 2.13 in TNxWy) and remarkable nonlinear susceptibilities χ(3) (averages of 7.03 *10-13 esu in TTxWy and 5.48 *10-13 esu in TNxWy, i.e., ~47 and ~37 times higher than χ(3) of SiO₂ glass).