Synthesis and Complete Characterisation of new Oxide Materials by full and Congruent Crystallisation from Glass or the Molten liquid
Le développement de nouveaux matériaux à propriétés performantes est un axe majeur de la recherche actuelle. Au cours de cette thèse, de nouveaux matériaux hors équilibre ont été développés par des approches de synthèses innovantes : la cristallisation complète et congruente à partir du verre ou du...
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| Autor principal: | |
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| Altres autors: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Idioma: | Anglais Français |
| Publicat: |
2022.
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| Matèries: | |
| Accés en línia: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2022ORLE1026_va.pdf http://www.theses.fr/2022ORLE1026/abes https://theses.hal.science/tel-04112052 |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Vincent Maisonneuve (Président du jury) ; Vincent Maisonneuve, Gwenaëlle Rousse, Pascal Roussel, Matthew Stephen Dyer (Membre(s) du jury) ; Gwenaëlle Rousse, Pascal Roussel (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux oxydes par cristallisation complète et congruente du verre ou du liquide fondu |
| Sumari: | Le développement de nouveaux matériaux à propriétés performantes est un axe majeur de la recherche actuelle. Au cours de cette thèse, de nouveaux matériaux hors équilibre ont été développés par des approches de synthèses innovantes : la cristallisation complète et congruente à partir du verre ou du liquide fondu. De hautes températures ont été atteintes par lévitation aérodynamique couplée à un chauffage par lasers CO . Les matériaux synthétisés visent des propriétés optiques et/ou de conductivités anioniques. L'étude structurale des mélilites SrREGa O RE= [Dy - Lu, Y] synthétisées par cristallisation complète et congruente à partir d'un précurseur vitreux a permis de mettre en évidence une mise en ordre entre les cations Sr et RE sur trois sites cationiques, ce qui induit un triplement du paramètre a de la maille mélilite parent tétragonale, et donc la stabilisation d'une nouvelle maille orthorhombique. De plus, l'étude de la stabilité de cette structure orthorhombique à hautes températures en mode in situ a montré l'existence d'une transition de phase vers la maille parent tétragonale désordonnée de la mélilite. En revanche, l'étude du désordre chimique dans la solution solide de langasite Ca Ga Zn Ge O , un minéral lié à la famille de la mélilite et cristallisant sous une maille trigonale s'est avérée insuffisante par diffraction des rayons X et neutrons en raison de la présence de trois cations isoélectroniques (Ga , Zn , Ge ). Pour répondre à cette problématique, une analyse unique a été déployée : l'affinement de cartographies STEM-EDS 2D de chaque cation, permettant l'établissement d'un modèle de départ pour l'analyse Rietveld. De nouveaux matériaux conducteurs anioniques ont été étudiés dans les solutions solides La Ba Ga O / et La Ca Ga O / . Ils cristallisent dans des structures mélilite ou dérivées. La première solution solide a été synthétisée par cristallisation à partir du liquide fondu à haute température et a révélé la rétention du polymorphe tétragonal de la mélilite avec la plus haute concentration en oxyde interstitiel (La . Ba . Ga O . x= 0.725). En outre, le composé La . Ba . Ga O . (x= 0.6) montre la plus haute valeur de conductivité anionique à 500ů, égalant les meilleurs conducteurs mélilites connus (La . Ca . Ga O . et La . Sr . Ga O . ). Finalement, l'étude de la deuxième solution solide a montré une substitution maximum x= 0.25 atteinte par réaction solide-solide. La complexité de cette étude repose sur la caractérisation structurale de ce composé qui a nécessité des calculs DFT pour identifier la structure la plus énergétiquement favorable. The development of new materials with high performing properties is a major theme in today's research. In this thesis, new out-of-equilibrium materials were developed by unique synthesis approaches: full and congruent crystallisation from glass or from an under-cooled melt. High temperatures were reached by aerodynamic levitation coupled to two CO lasers. The synthesised materials target optical and/or ionic conductivity properties.The structural study of the SrREGa O RE= [Dy - Lu, Y] melilites, synthesised by full and congruent crystallisation from glass precursors, characterised the ordering of Sr and RE cations over three distinct sites, inducing a tripling of the a cell parameter of the parent tetragonal melilite, leading to the stabilisation of a new orthorhombic cell. Moreover, the stability of this orthorhombic polymorph studied in situ against temperature, showed the occurrence of a phase transition to the parent fully disordered tetragonal melilite. In contrast, the cationic ordering in the Ca Ga Zn Ge O langasite solid solution, a melilite-related mineral crystallising in a trigonal cell, could not be probed directly by diffraction methods (X-rays and neutrons) due to the presence of three isoelectronic cations (Ga , Zn , Ge ). In order to fulfil this task, a unique analysis approach was performed: refinement of atomic resolution 2D STEM-EDS maps for each cation. Last, new ionic conductor materials were investigated in the melilite La Ba Ga O / and melilite-related La Ca Ga O / solid solutions. The La Ba Ga O / series was synthesised by direct crystallisation of their under-cooled melts. The series retained its parent tetragonal structure up to La1.725Ba0.275Ga3O7.3625 (x= 0.725), which is the highest interstitial oxide concentration ever observed in this polymorph. Despite its lower carrier concentration, tetragonal La . Ba . Ga O . (x= 0.6) member was found to exhibit the highest conductivity values at 500ů, matching the best known melilite conductors La . Ca . Ga O . and La . Sr . Ga O . . In contrast, the La Ca Ga O / series revealed a much lower substitution limit of x= 0.25 attained by solid-state reaction, with a 100x enhancement in conductivity upon La doping. The low substitution rate posed major challenges for the structural characterisation of these compositions, which were addressed by combining maximum-entropy analysis of neutron diffractograms with DFT-based structure prediction. |
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| Descripció de l’ítem: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Vincent Maisonneuve (Président du jury) ; Vincent Maisonneuve, Gwenaëlle Rousse, Pascal Roussel, Matthew Stephen Dyer (Membre(s) du jury) ; Gwenaëlle Rousse, Pascal Roussel (Rapporteur(s)) |
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