Nanostructures à propriétés optiques et thermiques pour l’élaboration de « Nanothermomètres »

Nanostructures with optical and thermal properties "Nanothermometers"

• Auteur / Autrice : Estelle Glais
• Direction : Corinne Chanéac, Bruno Viana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/10/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Jobic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Maître, Eric Lafontaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luis António Ferreira Martins Dias Carlos, Thierry Gacoin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermométrie

Luminescence

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

ZnGa2O4 :Cr3+

Caractérisations structurales

Luminescence

Thermométrie

Nanoparticles

ZnGa2O4 :Cr3+

Structural characterizations

Luminescence

Thermometry

Résumé

L’étude de la variation des propriétés de luminescence en fonction de la température est une méthode très prometteuse pour mesurer la température. Des études récentes ont montré que les nanomatériaux permettaient une détermination locale et sans contact de la température. Une telle mesure trouverait des applications dans de nombreux domaines comme la médecine, l’aéronautique, la marine ou dans la compréhension de mécanismes en catalyse. Les nanoparticules de composition ZnGa2O4:Cr3+ sont de potentielles candidates du fait de leur haute sensibilité sur une large gamme de température. En effet, le temps de vie de luminescence dépend drastiquement de la température puisque les deux niveaux émetteurs 4T2 and 2E sont en équilibre thermique. Dans ces travaux, les propriétés de luminescence des nanoparticules de 10 nm de diamètre sont dans un premier temps optimisées dans le but d’améliorer leurs performances en tant que capteur thermique. Par la suite, dans l’optique de générer une élévation locale de température, des nanobâtonnets d’or dont synthétisés. Sous excitation, ces nanoobjets sont capables d’induire une élévation de température grâce à leurs propriétés plasmoniques. Après calibration des nanocapteurs, et mise en évidence de l’élévation de température par le biais d’une caméra thermique, les nanosources de chaleur et les nanothermomètres sont mis en contact dans le même milieu. La variation de la réponse du nanothermomètre est très prometteuse, c’est pourquoi ce type de système permettant une élévation de température précise et contrôlée est envisagé pour des applications dans des traitements hyperthermiques.

The study of the variation of luminescent properties with temperature is one of the promising way to measure temperature. Recent studies showed that luminescent nanomaterials allow a local and contactless temperature determination. This could be very useful in many applications like medicine, aeronautic, and marine or in the understanding of catalytic mechanism. ZnGa2O4:Cr3+ is a potential nanothermometer because of its high sensitivity on a large temperature range. Indeed, the luminescence lifetime is drastically dependent on temperature since the 4T2 and 2E emitted levels are in thermal equilibrium. In this study, we firstly optimized the luminescence properties of 10 nm in diameter nanoparticles with the aim of improving their capability as thermal nanosensor. In order to generate a local temperature increase, gold nanorods are then synthetized. Under an appropriate excitation, such gold nanoparticles may induce a heating due to their plasmonic properties. Once the calibration of the nanosensor is effective and the heat generation is highlighted by thermal camera pictures, both nanoheaters and nanothermometers were introduced in the same medium. The variation of the optical nanosensor response is promising. Thus this coupled system is considered as a potential candidate for hyperthermia treatments with a precise and controlled temperature.