Study of LiIO3/Laponite nanocomposite films for waveguiding and non-linear optics
Étude de films nanocomposites LiIO3/Laponite pour l'optique guidée et l'optique non linéaire
Résumé
This study takes place in the context of new low-cost materials development for non-linear optics. Thus, we have developed a nanocomposite approach based on Laponite/LiIO3 films. These films realized with a derivate sol-gel technology and annealed to induce LiIO3 crystallisation, an optically nonlinear material, and shown good potentials due to the high concentration of nanocrystals. Moreover, the possibility to control the nanocrystal orientation using an electric field during the annealing process allow to obtain a material with non-linear optical properties comparable to usual materials in this domain.
During this work, we first refined the structure model of composite films by highlighting the absence of LiIO3 intercallation between Laponite sheet. Thereafter, we optimized the process of film deposition. In particular, we have improved its reproducibility by determining the main parameters involved in the process: pH, viscosity, annealing temperatur, Corona electric field. In addition, we showed that aging, which is an important limitation of this process, can be slowed by a protective film deposition. Finally, we could define a set of criteria to realize nanocomposite coatings with efficient optical properties.
In the second part, we characterized and modelized linear and non linear optical properties of nanocomposite Laponite/LiIO3 films. We linked these properties to the structure of the films, and we observed the influence of the orientation distribution of the nanocrystals in the Laponite matrix on the waveguiding and non linear optical properties. Thus suitable mondels for composite materials are proposed. They allow the interpretation of experimental results and the evaluation of refraction indices and of non linear optical properties for such materials.
During this work, we first refined the structure model of composite films by highlighting the absence of LiIO3 intercallation between Laponite sheet. Thereafter, we optimized the process of film deposition. In particular, we have improved its reproducibility by determining the main parameters involved in the process: pH, viscosity, annealing temperatur, Corona electric field. In addition, we showed that aging, which is an important limitation of this process, can be slowed by a protective film deposition. Finally, we could define a set of criteria to realize nanocomposite coatings with efficient optical properties.
In the second part, we characterized and modelized linear and non linear optical properties of nanocomposite Laponite/LiIO3 films. We linked these properties to the structure of the films, and we observed the influence of the orientation distribution of the nanocrystals in the Laponite matrix on the waveguiding and non linear optical properties. Thus suitable mondels for composite materials are proposed. They allow the interpretation of experimental results and the evaluation of refraction indices and of non linear optical properties for such materials.
Cette étude se place dans le contexte de réalisation de nouveaux matériaux à bas coût pour l'optique non linéaire. Pour cela, nous avons développé une approche nanocomposite, basée sur la fabrication de films Laponite/ LiIO3. Ces films sont réalisés à l'aide d'une technologie issue du procédé sol-gel puis recuits pour cristalliser LiIO3, matériau optiquement non linéaire, et ils présentent de bonnes potentialités en raison d'une concentration en nanocristaux actifs importante. De plus, la possibilité d'orienter les nanocristaux pendant la cristallisation par l'application d'un champ électrique permet d'obtenir un matériau présentant des propriétés optiques non linéaires comparables à celles des matériaux usuels de ce domaine.
Au cours de ce travail, nous avons tout d'abord affiné le modèle de structure des films composites en mettant en évidence l'absence d'intercalation du LiIO3 dans l'espace interplaquette. Par la suite, nous avons optimisé le processus de dépôt des films. En particulier, nous avons amélioré sa reproductibilité en déterminant les principaux paramètres intervenant durant le process : pH, viscosité, température de recuit, champ électrique d'orientation. Par ailleurs, nous avons montré que le vieillissement des films, une limitation importante de ce procédé, pouvait être ralenti par le dépôt d'un film protecteur. Nous sommes ainsi parvenus à définir un ensemble de critères permettant la réalisation de films nanocomposites aux propriétés optiques linéaires et non linéaires satisfaisantes.
Dans une seconde partie, nous nous sommes attachés à caractériser et modéliser les propriétés optiques linéaires et non linéaires des films nanocomposites Laponite/LiIO3. Nous avons cherché à établir le lien entre ces propriétés et la structure des films, et nous avons observé l'influence de la distribution d'orientation des nanocristaux d'iodate de lithium au sein de la matrice de Laponite sur les propriétés optiques non linéaire et pour le guidage. Cette étude, au caractère plus fondamental, a permis de construire des modèles adaptés à ce type de matériaux composites permettant d'interpréter les résultats expérimentaux et de prévoir les indices de réfraction et les propriétés optiques non linéaires de ce type de matériau.
Au cours de ce travail, nous avons tout d'abord affiné le modèle de structure des films composites en mettant en évidence l'absence d'intercalation du LiIO3 dans l'espace interplaquette. Par la suite, nous avons optimisé le processus de dépôt des films. En particulier, nous avons amélioré sa reproductibilité en déterminant les principaux paramètres intervenant durant le process : pH, viscosité, température de recuit, champ électrique d'orientation. Par ailleurs, nous avons montré que le vieillissement des films, une limitation importante de ce procédé, pouvait être ralenti par le dépôt d'un film protecteur. Nous sommes ainsi parvenus à définir un ensemble de critères permettant la réalisation de films nanocomposites aux propriétés optiques linéaires et non linéaires satisfaisantes.
Dans une seconde partie, nous nous sommes attachés à caractériser et modéliser les propriétés optiques linéaires et non linéaires des films nanocomposites Laponite/LiIO3. Nous avons cherché à établir le lien entre ces propriétés et la structure des films, et nous avons observé l'influence de la distribution d'orientation des nanocristaux d'iodate de lithium au sein de la matrice de Laponite sur les propriétés optiques non linéaire et pour le guidage. Cette étude, au caractère plus fondamental, a permis de construire des modèles adaptés à ce type de matériaux composites permettant d'interpréter les résultats expérimentaux et de prévoir les indices de réfraction et les propriétés optiques non linéaires de ce type de matériau.
Domaines
Matière Condensée [cond-mat]
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