Offre de thèse – IRCER Limoges

Les matériaux tellurates (degré d’oxydation du Te : +VI) s’avèrent particulièrement intéressants pour des applications diélectriques dans le domaine des hyperfréquences, mais également du point de vue de la transparence optique dans le moyen infrarouge du fait de leur faible énergie de phonon [1]. Ces matériaux sont ainsi étudiés depuis de nombreuses années au sein de l’Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER) [2]. Des travaux de recherche plus récents se sont par ailleurs concentrés sur l’élaboration d’une nouvelle céramique transparente de la phase KNbTeO6 [3].

Dans la continuité de ces travaux, la thèse proposée ici se focalisera principalement sur l’élaboration de nouvelles céramiques tellurates translucides et transparentes de la composition Ca3Zn3Te2O12 (oxyde appartenant à la famille des grenats) dopée [4] par des ions de terres rares (Ce3+). Nous visons respectivement des applications orientées vers l’obtention d’une émission de lumière blanche (Cf. figure), ou encore vers les processus de conversion de lumière tels que la scintillation. La phase grenat Ca3Zn3Te2O12:Ce3+ émet en l’occurrence une luminescence aux longueurs d’onde du jaune-vert.

Figure : (Gauche) Représentation schématique de l’obtention d’une lumière blanche par combinaison d’une lumière bleue/proche UV provenant de la source excitatrice et d’une lumière jaune provenant du matériau luminophore. (Droite) Diagramme de coordonnées chromatiques (issu de [5]).

Pour ce faire, l’accent sera mis tout d’abord sur la synthèse de la phase tellurate dopée par réaction à l’état solide, puis sur la caractérisation des poudres broyées à haute énergie afin de contrôler la granulométrie et d’atteindre une distribution monomodale submicronique. Ces poudres seront ensuite mises en forme et densifiées à l’extrême par frittage flash (Spark Plasma Sintering – SPS) afin de fabriquer les premières céramiques translucides/transparentes Ca3Zn3Te2O12 dopées Ce3+. La démonstration d’une émission de lumière blanche efficace au sein de telles céramiques constituera donc un premier objectif concret à atteindre. De plus, la recherche d’effets de scintillation (processus de conversion d’un rayonnement ionisant (sources RX ou gamma) en rayonnement dans le domaine du visible) représentera alors un second objectif également réaliste à atteindre durant cette thèse.
Un autre aspect touchant aussi à la mise en forme des poudres céramiques dopées portera sur la fabrication de couches épaisses via la technique ADM (Aerosol Deposition Method) [6]. Des dépôts seront ainsi effectués sur des substrats à bas coût (typiquement du verre), ou des substrats flexibles de nature polymérique. Les caractérisations structurale et microstructurale des couches seront ensuite réalisées, avant la mesure des propriétés optiques d’émission de lumière. Tous ces travaux se feront en collaboration avec le Centre de Transfert des Technologies Céramiques de Limoges (CTTC).
Par ailleurs, un autre volet de cette thèse consistera à tenter de mettre au point la synthèse de la phase Ca3Zn3Te2O12 non dopée, puis dopée, par réaction chimique en phase liquide, et plus précisément en utilisant la voie par co-précipitation [7]. L’intérêt principal de cette approche sera d’élaborer des poudres nanométriques destinées ultérieurement au frittage SPS. Cette partie de la thèse se fera elle aussi en lien étroit avec le CTTC.
Enfin, ces activités de recherche se dérouleront dans le cadre du projet « Matériaux Oxydes micro et Nanostructurés pour l’Emission, la Conversion et la détectiOn de LumièrE (MON ECOLE) »; projet cofinancé entre la Région Nouvelle-Aquitaine et l’IRCER. Par ailleurs, cette thématique de recherche s’effectue aussi au sein du LabEX -LIM « Des matériaux et composants céramiques spécifiques aux systèmes communicants intégrés, sécurisés, et intelligents ».

Profil du(de la) candidat(e) :
Le/la candidat(e) possèdera une formation (bac+5) en science des matériaux. Des notions dans le domaine des caractérisations des matériaux (DRX, MEB, mesures des propriétés optiques…) ou de la synthèse chimique seraient appréciables. De plus, cette thèse se déroulant principalement à l’interface entre deux instituts de recherche (l’IRCER et le département Photonique de l’institut XLIM), ainsi qu’en collaboration étroite avec le CTTC, nous recherchons une personne qui soit fortement motrice et aussi capable de faire preuve d’autonomie.