Développement de céramiques nanostructurées optiquement transparentes et luminescentes de la famille MAl2O4 (M=Mg, Zn, Zr,..)

par Hugo Spiridigliozzi

Projet de thèse en Doc sciences des materiaux

Sous la direction de Frederic Schoenstein.

Thèses en préparation à Paris 13 , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) depuis le 08-10-2018 .

Résumé

Ce projet de thèse porte sur l’élaboration, et plus particulièrement le frittage, ainsi que sur l’étude des propriétés structurales et électroniques de céramiques de la famille MAl2O4 (M=Mg, Zn, Zr,..) optiquement transparentes et luminescentes pour lesquelles des applications sont envisagées dans le domaine des détecteurs résistants aux rayonnements ionisants (fort taux d’applications dans des centrales nucléaires). Ces céramiques seront issues du frittage réactif d’un mélange de précurseurs à base d’alumines ultra-poreuses (UPA) présentant un très haut degré de pureté et d’oxydes de magnésium, zinc, zirconium. Dans un premier temps, les UPA seront élaborées selon un procédé original mis en place et breveté au laboratoire. Les UPA synthétisées seront ensuite additionnées aux oxydes en question par imprégnation ou co-précipitation en milieu polyol. Ces différentes voies doivent conduire à l’obtention d’un mélange de précurseurs d’une grande homogénéité chimique. Les poudres ainsi obtenues seront consolidées par Spark Plasma Sintering (SPS). Ce procédé de frittage non conventionnel doit permettre la formation de la phase recherchée et le frittage de cette dernière de manière simultanée. Cette partie constitue le cœur du projet de thèse et contribue pour beaucoup à son aspect innovant. Dans le cadre des travaux qui nous intéressent, nous nous attacherons à réaliser une étude paramétrée des étapes de frittage afin d’obtenir des céramiques massives denses avec des tailles de grains contrôlées dans les domaines submicroniques et micrométriques. Une fine structuration de ces céramiques, et plus particulièrement une forte densité des joints de grains, devrait alors permettre la capture et la recombinaison de charges induites, conférant ainsi aux céramiques des propriétés remarquables vis à vis des radiations ionisantes. L’étude des propriétés optiques et de luminescence des céramiques élaborées sera réalisée grâce aux outils de caractérisation du laboratoire.

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