Matériaux hybrides verres inorganiques / molécules organiques pour des applications light-emmitting electrochemical cells

Hybrid materials based on inorganic glasses doped with organophosphorus molecules for light emitting electrochemical cell applications

• Auteur / Autrice : Muzhi Cai
• Direction : Xiang Hua Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/11/2019
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Comue : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences chimiques de Rennes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xiang Hua Zhang, Andrea Piarristeguy, Dominique de Ligny, Laurent Calvez, Junjie Zhang, Shiqing Xu, Jean Rocherullé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Piarristeguy, Dominique de Ligny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Verres de phosphate

Sol-gel, Procédé

Verre

Luminescence

Mots clés libres

Cellule électrochimique électroluminescente

LEC

M atériaux hybrides verres inorganiques

Light-emitting electrochemical cell

LEC

Organic-inorganic

Spark plasma sintering

Phosphate glass

Luminescence

Résumé

La cellule électrochimique électroluminescente (LEC) est un dispositif à couches minces, composé d’un semi-conducteur organique électroluminescent (OSC) et d’ions mobiles en tant que matériau actif intercalé entre une anode et une cathode. Dans le premier chapitre, le contexte et le mécanisme de la LEC ont été introduits. Dans le deuxième chapitre, nous avons dopé la molécule organophosphorée dans un verre de silicate contenant une teneur élevée en lithium par la méthode sol-gel. Dans le troisième chapitre, nous avons travaillé à l’obtention d’un verre de phosphate dopé à une molécule organophosphorée avec une conductivité ionique élevée par frittage Spark Plasma Sintering (SPS). Un verre de phosphate hybride ayant une conductivité ionique d'environ 10 -7 S / cm a été obtenu et une forte photoluminescence a été observée. En outre, les propriétés électrochimiques ont également été étudiées. De plus, lors du processus de préparation de la LEC par SPS, un phénomène intéressant a été découvert. Une émission bleue à large bande a été observée dans le verre d’oxynitrure de phosphate de zinc exempt de terres rares. Le quatrième chapitre est consacré à ce phénomène.

The light-emitting electrochemical cell (LEC) is a planar layered device, which is comprised of an electroluminescent organic semiconductor (OSC) and mobile ions as the active material sandwiched between an anode and a cathode. Electrolyte is one of the “short slab” of LEC technology. The main objective of this work is developing a new LEC device based on organophosphorus molecule doped organic-inorganic hybrid glass electrolyte. This hybrid glass cannot be synthesized by using classic melt-quenching technique because the melting temperature of glass is always much higher than the degradation temperature of organic molecule. Thus, in this work, we devote to that how to dope the organophosphorus molecule into the glass with high ionic conductivity. In first chapter, the background and mechanism of LEC were introduced. In the second chapter, we attempted to dope the organophosphorus molecule into silicate glass containing high lithium content by sol-gel method. In third chapter, we are working to obtain organophosphorus molecule doped phosphate glass with high ionic conductivity through spark plasm sintering (SPS). A hybrid phosphate glass with ionic conductivity of around 10 -7 S/cm was obtained, and strong photoluminescence was observed. Besides, the electrochemical properties were investigated as well. Moreover, during the process of preparing the LEC by SPS, an interesting phenomenon was found. A broadband blue emission was observed in rare-earth free zinc phosphate oxynitride glass. The fourth chapter is focus on this interesting phenomenon.