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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Jeudi 3 septembre 2020 : Soutenance de thèse de Kathleen TOUSSAINT : Greffage de complexes de terres rares luminescents sur silicium cristallin et silicium nano-cristallin pour la détection de NO en phase gazeuse

Kathleen TOUSSAINT, Doctorante au sein de l'équipe "Nanomatériaux et Optique" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :
"Greffage de complexes de terres rares luminescents sur silicium cristallin et silicium nano-cristallin pour la détection de NO en phase gazeuse"

 

Date et lieu :
Jeudi 3 septembre 2020 à 14h00
Institut Jean Lamour
Salle 2.A012

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M. Hervé RINNERT
Université de Lorraine – Institut Jean Lamour

Co-directeur de thèse :

-  M. Michael MOLINARI
Université de Bordeaux - Institut de Chimie et de Biologie des Membranes et des Nanoobjets
UMR CNRS 5248

Rapporteurs :

- Mme Sophie LAURENT
Université de Mons

- M.Rabah BOUKHERROUB
Université de Lille - Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology
(IEMN, UMR CNRS 8560)

Examinateurs :

-  M. Cyril CADIOU
Université de Reims Champagne Ardenne - Institut de Chimie Moléculaire de Reims
ICMR UMR CNRS 7312

- M. Cédric CARTERET
Université de Lorraine - Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour les Matériaux et l'Environnement

Invitée :

- Mme Françoise CHUBURU
Université de Reims Champagne Ardenne

 

Résumé : Cette thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de nanostructures luminescentes dopées avec des terres rares qui peuvent être utilisées pour détecter la présence de gaz tels que le monoxyde d’azote. Le silicium cristallin est choisi comme substrat car il est le semi-conducteur de référence en microélectronique. Il est cependant un mauvais émetteur de lumière en raison de sa bande interdite indirecte. Obtenir des propriétés optiques à partir de ce matériau, notamment d’émission, est un challenge   et   un   enjeu   très   important   pour   l’industrie   de   l’optoélectronique   et   pour   les télécommunications optiques. Le confinement quantique de porteurs de charge dans des nanostructures de silicium a permis d’obtenir une émission radiative à température ambiante. Une alternative pour obtenir une émission optique exploitable est de coupler ce matériau avec des ions émetteurs de lumière. Dans ce travail, des complexes contenant des ions de terres rares ont été greffés sur la surface du silicium. Ces derniers sont très intéressants en optique car ils présentent des raies d'émission intenses à des longueurs d'ondes qui ne sont que peu modifiées par leur environnement. Afin d’élaborer ces matériaux hybrides inorganiques/organiques, différentes étapes ont été développées et optimisées au cours de ce travail. Pour fixer les ions à la surface du silicium, il est tout d'abord nécessaire d'oxyder celle-ci de manière à ce qu'elle présente des groupements réactifs. Une deuxième étape consiste à ajouter un aminosilane, l'APTES, qui permet le lien entre le complexe et la surface de silice. La fonction silane permet le greffage à la silice et le film formé présente des fonctions amines libres (-NH2) qui peuvent réagir avec une fonction acide carboxylique. Il est ensuite nécessaire "d'emprisonner" les ions de lanthanides dans un ligand, le DOTAGA. Celui-ci présente 4 fonctions acides carboxyliques pouvant complexer l'ion de terre rare. Une 5ème fonction acide carboxylique reste libre et peut interagir avec une fonction amine, ce qui permet une fixation covalente du complexe. Les complexes de lanthanides(Tb, Eu, Ce, Yb et Nd) ainsi formés sont luminescents. Il est montré qu’une fois greffés sur le silicium plan, les complexes à base de Tb, Eu et Ce présentent une émission radiative importante alors que ceux à base d’Yb et de Nd sont peu luminescents. Des résultats similaires sont obtenus sur silicium poreux.Enfin, l’effet de l’environnement sur les échantillons synthétisés est étudié afin de montrer qu’ils sont des candidats intéressants pour détecter rapidement et réversiblement de faibles quantités de NO, qui est un gaz toxique, incolore et inodore.

Mots-clés : Ions de terres rares,Confinement quantique,Silicium poreux,Capteurs de gaz toutoptique,Monoxyde d'azote