Structures and luminescence properties of some new rare-earth aluminates and gallates obtained by non-equilibrium synthesis
La synthèse de nouveaux oxydes cristallins est cruciale pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels. Dans cette thèse, la lévitation aérodynamique (ADL) combinée à un chauffage laser CO tel que développé au CEMHTI permet la synthèse de nouveaux oxydes cristallins hors équilibre, via la crista...
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| Hovedforfatter: | |
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| Andre forfattere: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Sprog: | Anglais Français |
| Udgivet: |
2023.
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| Fag: | |
| Online adgang: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2023ORLE1067_va.pdf http://www.theses.fr/2023ORLE1067/abes https://theses.hal.science/tel-04573582 |
| Kommentar: |
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) : Julia L. Payne (Président du jury) ; Julia L. Payne, Abbie McLaughlin, Romain Gautier, Marcelo Nalin (Membre(s) du jury) ; Abbie McLaughlin, Romain Gautier (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Structures et propriétés de luminescence de nouveaux aluminates et gallates de terres rares obtenus par synthèse hors équilibre |
| Summary: | La synthèse de nouveaux oxydes cristallins est cruciale pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels. Dans cette thèse, la lévitation aérodynamique (ADL) combinée à un chauffage laser CO tel que développé au CEMHTI permet la synthèse de nouveaux oxydes cristallins hors équilibre, via la cristallisation à partir du verre ou directement à partir du liquide fondu à haute température lors d'un refroidissement rapide. Nous présentons ici de nouveaux aluminates et gallates de terres rares synthétisés par une méthode hors équilibre et explorons leur structure qui sont ensuite discutées et corrélées avec leurs propriétés de luminescence. Dans une première partie, de nouvelles solutions solides Gd Al O , Gd Ga O , Gd (Ga . Al . ) O (0 <= x <= 0.6) hautement non stœchiométriques ont été synthétisées par cristallisation à partir du verre et du liquide fondu à haute température. En combinant des analyses de diffraction sur poudre avec des résultats de microscopie électronique à transmission et de mesures EXAFS, nous montrons que jusqu'à 30 % des cations B à hexacoordonnés sont remplacés de manière désordonnée par des cations A dans la structure grenat A B C O non stœchiométrique, ce qui permet au dopant de plus petite taille RE (Tb , Er , Tm , Yb ) d'occuper partiellement le site BO , formant ainsi un polyèdre REO hexacoordonné. Les études de photoluminescence et de luminescence persistante prouvent que les sites de luminescence AO8 et BO6 non équivalents sont responsables de la régulation de la couleur de la luminescence et de la durée de vie de la luminescence persistante. Dans une deuxième partie, les phases Lu Al O (LuAM) et Lu Al Si O (x = a/3 + /2, x = 0,5, 1) (LuASO) issues d'une solution solide originale ont été synthétisées avec succès pour la première fois en utilisant la cristallisation par refroidissement rapide à partir du liquide fondu à haute température. La substitution de Al par Si a entraîné une augmentation de la symétrie de la structure cristalline, passant d'une structure monoclinique P2 /c à une structure orthorhombique Pbnm. Dans la solution solide Lu Al Si O , la substitution d'Al par Si est de manière très originale compensée par des lacunes de Lu et des oxygènes supplémentaires. Une étude par diffraction sur poudre a permis de déterminer la structure cristalline moyenne, tandis que l'étude par RMN du solide a permis de sonder le désordre induit par la substitution de Al par Si à l'échelle locale. L'étude de la photoluminescence de LuAM et LuASO dopés RE (Ce , Eu , Er/Yb ) a révélé que la substitution cationique induit un changement de symétrie cristalline et introduit des défauts et une distorsion polyédrique, qui affectent l'environnement local du dopant et les propriétés de luminescence. The synthesis of new materials is crucial to develop novel functional materials. In this thesis, aerodynamic levitation (ADL) combined with laser heating setup as developed at CEMHTI enables non-equilibrium synthesis of new crystalline oxides, via crystallisation from glass or directly from the melt during rapid cooling. Here we report some new rare-earth aluminates and gallates synthesized by non-equilibrium method and explore their structures which are correlated with their luminescence properties. In a first part, new highly non-stoichiometric Gd Al O , Gd Ga O , Gd (Ga . Al . ) O (0 <= x <= 0.6) solid solution were synthesized using crystallisation from the glass and the melt. Using a combination of powder diffraction, transmission electron microscopy, and EXAFS measurements, we show that up to 30 % of six-coordinated B ions are disorderly replaced by A in non-stoichiometric A B C O , which allows the smaller size dopant RE (Tb , Er , Tm , Yb ) to partially occupy the BO site, forming six coordinated REO . Photoluminescence and persistent luminescence studies prove that inequivalent AO8 and BO6 luminescence sites are responsible for the regulation of luminescence colour and persistent luminescence lifetime. In a second part, single phases Lu Al O (LuAM) et Lu Al Si O (x = a/3 + /2, x = 0,5, 1) (LuASO) solid solution were successfully synthesised for the first time using crystallisation from the melt. The substitution of Si for Al resulted in an increase of crystal structure symmetry, transitioning from a monoclinic P2 /c to an orthorhombic Pbnm. In the solid solution Lu Al Si O , the substitution of Al by Si is originally compensated by Lu vacancies and extra oxygens. Using powder diffraction, the average structure was determined, then solid state NMR enabled to probe the disorder induced by the substitution of Si for Al at local scale. Photoluminescence study of RE (Ce , Eu , Er/Yb ) doped LuAM and LuASO revealed that cation substitution induce crystal symmetry change and introduce defects and polyhedral distortion, which affect the local environment of the dopant and affect the luminescence performance. |
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| Emne beskrivelse: | 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) : Julia L. Payne (Président du jury) ; Julia L. Payne, Abbie McLaughlin, Romain Gautier, Marcelo Nalin (Membre(s) du jury) ; Abbie McLaughlin, Romain Gautier (Rapporteur(s)) |
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