RELATION ENTRE FONCTION DIÉLECTRIQUE ET PROPRIÉTÉS OPTIQUES : APPLICATION À LA RECHERCHE D'ABSORBEURS UV INORGANIQUES DE DEUXIÈME GÉNÉRATION

Fabrice Goubin (1)

1 IMN - Institut des Matériaux Jean Rouxel

The thesis deals with the synthesis and the characterization of second generation inorganic UV absorbers. The analysis of the optical properties is carried out by means of electron energy loss spectroscopy (EELS) measurements and the calculation of the dielectric function by DFT methods. Our study concerns cerium III borates, cerium IV oxides, titanium oxiphosphates, silicates and oxisilicates, and A3PMo(12-x)WxO40 (A = Na, K, Rb) solid solutions. The study of borates shows that the Ce_4f -5d transition turns out to be much less intense than the anion-cation charge transfer. Thus, the f to d electronic transition appears inappropriate in the quest of high absorbing materials. For the other compounds, the role of the coordination of elements implied in the absorption process and of the covalence of the oxygen-metal (lanthanide) bond on the absorption threshold position, the intensity of the transition (and consequently on the refractive index) has been evidenced by the quantitative and qualitative analysis of the oxygen-metal (or lanthanide) charge transfer. Moreover, K3PMo12O40, material containing discrete anion of Keggin type, exhibits optical properties (Lab coefficients) similar to commercialized yellow pigments. Using molybdenum-tungsten solid solution gives the possibility to vary the absorption threshold between 2.5 and 3.2 eV, and to decrease the compounds reducibility.

La thèse traite de la synthèse et de la caractérisation d'absorbeurs UV inorganiques de deuxième génération. L'analyse de leurs propriétés optiques est effectuée au moyen de la spectroscopie de pertes d'énergie (EELS) et de calculs de la fonction diélectrique par DFT. Cette démarche est appliquée à l'étude de borates de cérium III, d'oxydes de cérium IV, d'oxiphosphates, silicates et oxisilicates de titane et des solutions solides A3PMo(12-x)WxO40 (A = Na, K, Rb). L'étude des borates montre que l'intensité de la transition Ce4f-5d est d'un ordre de grandeur inférieure à celle d'un transfert de charge anion-cation, la rendant inefficace pour l'application absorbeur UV. Pour les autres composés, l'étude qualitative et quantitative du transfert de charge oxygène-métal (ou lanthanide) permet de mettre en exergue le rôle primordial de la coordinence des éléments impliqués dans le processus d'absorption, et de la covalence de la liaison oxygène-métal (ou lanthanide), sur la position du seuil d'absorption, l'intensité de la transition et, par conséquent, l'indice de réfraction. Par ailleurs, K3PMo12O40, matériau contenant des entités discrètes de type ion de Keggin, présente des propriétés optiques (coefficients Lab) tout à fait comparable à celles des pigments jaunes commerciaux. L'utilisation des solutions solides molybdène-tungstène, permet de faire varier le seuil d'absorption entre 2,5 et 3,2 eV, et de réduire la réductibilité du composé.

Mots clés: Absorbeur UV; borates de cérium; oxydes de cérium; silicates de titane; oxisilicates de titane; oxiphosphates de titane; fonction diélectrique; indice de réfraction; coefficient d'extinction; DFT

Domaines: Matériaux

Fabrice Goubin. RELATION ENTRE FONCTION DIÉLECTRIQUE ET PROPRIÉTÉS OPTIQUES : APPLICATION À LA RECHERCHE D'ABSORBEURS UV INORGANIQUES DE DEUXIÈME GÉNÉRATION. Matériaux. Université de Nantes, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003749⟩