Soutenance de thèse d'Aymeric Dugué le mercredi 2 octobre 2013 à 14 h
IMPMC, Université P. et M. Curie, 4, Place Jussieu, 75005 Paris
Salle de conférence, 4e étage, Tour 22-23, Salle 401
Etude structurale de vitrocéramiques aluminosilicatées dopées au nickel : détermination des mécanismes de cristallisation
Résumé
Les matériaux dopés au Ni2+ sont actuellement très étudiés en raison de la large bande d'émission dans l'infrarouge du nickel en site octaédrique des cristaux. Les vitrocéramiques sont des matériaux contenant des cristaux de tailles nanométriques dispersés dans une matrice vitreuse, combinant les avantages des verres (transparence, formabilité aisée) et des cristaux (bonnes propriétés optiques et mécaniques). Toutefois, les mécanismes de cristallisation de ces vitrocéramiques demeurent encore mal compris.
Cette thèse se divise en deux axes de recherche. Dans un premier temps, nous cherchons à comprendre l'effet de l'ajout de NiO dans les mécanismes de cristallisation et plus particulièrement ceux de la formation du spinelle (MgAl2O4-NiAl2O4). Pour cela, nous étudions un verre aluminosilicaté de magnésium et de nickel sans agents nucléants (TiO2 et ZrO2) en utilisant diverses techniques expérimentales : diffraction des rayons X, spectroscopie par réflectance diffuse, spectroscopie d'absorption de rayons X (XAS) in situ. La transformation du site de coordinence 5 en coordinence 6 du nickel est liée à l'apparition des premiers cristaux de spinelle. L'augmentation des températures de recuit permet toutefois d'obtenir une augmentation de la proportion de nickel en site tétraédrique. L'observation des cristaux dans cette vitrocéramique par microscopie électronique en transmission a permis de révéler des structures très ramifiées et complexes, expliquant la perte de transparence de ces matériaux.
Puis, dans un deuxième temps, nous déterminons à partir des résultats précédents les mécanismes de cristallisation à d'autres vitrocéramiques dopées en nickel en variant les compositions chimiques. Nous abordons l'effet des agents nucléants (TiO2 et ZrO2) et de la composition chimique de la matrice vitreuse. L'ajout d'agents nucléants permet d'augmenter sensiblement les cinétiques de cristallisation, tout en gardant la transparence. Li2O va empêcher la cristallisation de spinelle alors que ZnO va au contraire favoriser cette cristallisation et va diminuer la redistribution dans les sites tétraédriques pour le nickel lors de traitements thermiques à haute température.
Mots-clés : vitrocéramique, nickel, spinelle, mécanisme de cristallisation, agent nucléant, distribution des cations
Abstract
A recent upsurge of interest in Ni2+-doped materials is due to the infrared broadband of nickel in the octahedral site of crystals. Glass-ceramics are materials containing nanometer-sized crystals which are dispersed in the glass matrix: they combine the advantages of glasses (transparency, easy formability) and crystals (good optical and mecanical properties). However, the crystallization mechanisms of these glass-ceramics are still poorly understood.
This thesis has two research axes. As a first step, we investigate the effect of NiO addition in the crystallization mechanisms, especially in the formation of spinel (MgAl2O4-NiAl2O4). In order to achieve this, we study a magnesium aluminosilicate glass with nickel, but without nucleating agents (TiO2 and ZrO2), by using various experimental techniques: X-ray diffraction, diffuse reflectance spectroscopy and in situ X-ray absorption spectroscopy (XAS). The structural transition from 5-fold to 6-fold coordination of the nickel is linked to the precipitation of the first spinel crystals. The increase of temperature for the heat treatment increases the proportion of nickel in the tetrahedral sites. The observation of crystals in this glass-ceramics by transmission electronic microscopy shows complex and branched structures which can explain the loss of transparency for these materials.
Then, as a second step, we determine from the previous results the crystallization mechanisms of other Ni-doped glass-ceramics with various chemical compositions. We investigate the effect of nucleating agents (TiO2 and ZrO2) and the chemical composition of the glass matrix. The addition of nucleating agents increases the crystallization kinetics without the loss of transparency. Li2O prevents spinel crystallization whereas ZnO favors this crystallization and limits the redistribution of nickel towards the tetrahedral sites for high temperature heat treatments.
Keywords: glass-ceramic, nickel, spinel, crystallization mechanism, nucleating agent, cation distribution
Composition du jury
M. Lionel MONTAGNE (Professeur - Université Lille 1) Rapporteur
M. Xiang-Hua ZHANG (Directeur de recherche - Université Rennes 1) Rapporteur
M. Mathieu ALLIX (Chargé de recherche - CEMTHI CNRS) Examinateur
M. Thierry CARDINAL (Chargé de recherche - CMCB CNRS) Examinateur
M. Laurent CORMIER (Chargé de recherche - IMPMC) Directeur de thèse
M. Bertrand GUILLOT (Directeur de recherche - Université Paris 6) Examinateur
Egalement dans la rubrique
- Soutenance de thèse de Delphine Guerbois le 16 décembre 2013 à 14 h
- Soutenance de thèse de Paolo Zoccante le 22 octobre 2013 à 15 h
- Soutenance de thèse de Julie Cosmidis le mardi 1er octobre 2013 à 14 h
- Soutenance de thèse de Haohao Yi le mardi 27 septembre 2013 à 10 h 30
- Soutenance de thèse de Lila Belhadi le mercredi 25 septembre 2013 à 10h30
- Soutenance de thèse de Mohammed Boukhicha le vendredi 6 septembre 2013 à 14 h
- Soutenance de thèse de Tobias Wassmann le mardi 18 juin à 14 h
- Soutenance de thèse de Romain Jonchière le lundi 17 juin à 10 h 30
- Soutenance de thèse de Gaston Kane le 7 juin 2013 à 14 h
- Soutenance de thèse de Gabrielle Dublet le 7 janvier 2013 à 14 h
Zoom Science - La Collection de Microbialites du MNHN : étude géochimique à travers le temps et l’espace
Les microbialites sont des structures sédimentaires microbiennes qui constituent certaines des plus anciennes traces de vie sur Terre. En raison de leur dépôt dans un large éventail d'environnements et de leur présence pendant la majeure partie des temps géologiques, les signatures sédimentologiques...
Contact
A. Marco Saitta
Directeur de l'institut
marco.saitta(at)sorbonne-universite.fr
Ouafa Faouzi
Secrétaire générale
ouafa.faouzi(at)sorbonne-universite.fr
Jérôme Normand
Gestion du personnel
Réservation des salles
jerome.normand(at)sorbonne-universite.fr
Antonella Intili
Accueil et logistique
Réservation des salles
antonella.intili(at)sorbonne-universite.fr
Idanie Alain, Sanaz Haghgou, Hazem Gharib, Angélique Zadi
Gestion financière
impmc-gestion(at)cnrs.fr
Cécile Duflot
Communication
cecile.duflot(at)sorbonne-universite.fr
Contact unique pour l'expertise de matériaux et minéraux
Stages d'observation pour élèves de 3e et de Seconde
feriel.skouri-panet(at)sorbonne-universite.fr
Adresse postale
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie - UMR 7590
Sorbonne Université - 4, place Jussieu - BC 115 - 75252 Paris Cedex 5
Adresse physique
Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie - UMR 7590 - Sorbonne Université - 4, place Jussieu - Tour 23 - Barre 22-23, 4e étage - 75252 Paris Cedex 5
Adresse de livraison
Accès : 7 quai Saint Bernard - 75005 Paris, Tour 22.
Contact : Antonella Intili : Barre 22-23, 4e étage, pièce 420, 33 +1 44 27 25 61
Fax : 33 +1 44 27 51 52