Caractérisation structurale et de photoluminescence des nanopoudres YPO4 synthétisées par la voie sol-gel dopées aux ions Pr3+

III.4 Effet de la température de recuit

Après avoir déterminé la valeur optimale de la concentration en ions Pr³⁺ dans les nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ synthétisées par la voie sol gel qui donne une meilleure luminescence en termes de la luminescence, nous allons présenter dans cette partie de notre travail l'effet de la température de recuit sut les propriétés structurale et de photoluminescence de poudre YPO4 : Pr³⁺ (0.1 %. at).

III.4.1 Caractérisation structurale III.4.1.1 Analyse thermique ATG

Afin d'étudier l'évolution de la structure de la nanopoudres YPO4 : Pr³⁺ (0.1 %. at) de sa forme xerogel amorphe vers sa forme cristallisée au cours des traitements thermiques (processus de recuit), nous avons enregistrés les thermogrammes ATD et ATG d'un xerogel YPO4 : Pr³⁺ (0.1 %. at) synthétisée par le procédé sol-gel, figure III.11.

66%

12%

^TGA

^DTA

¹⁰⁰

⁸⁰

⁶⁰

⁴⁰

²⁰

⁰

¹⁰

⁰

^-10

^-20

)

érm )
l

_érm

^{0 200 400 600 800 1000}

^{Température (°C)}

Figure III.11.Thérmogrammes ATG et ATG d'un xerogel YPO4 : Pr³⁺ (0.1 %. at).

Physique des matériaux 52

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

Nous observons sur la figure III.11 une perte totale de masse de l'ordre de 88 %, une première perte de masse environ de 12 % est observée autour de 150°C et peut être attribuée à l'élimination d'espèces adsorbées telles que des molécules d'eau.

Une seconde perte de masse est observée à plus haute température, à 300°C de l'ordre de 66% qui peut être attribuée à la disparition des résidus de solvant organique (Ethylène glycol) utilisé dans la synthèse, à partir de cette température, la croissance cristalline se produit et aucune perte de masse significative n'est observée.

Ces pertes de masse accompagnent avec deux signaux endothermiques de l'analyse ATD relativement intenses sont observés autour de 150°C et 300°C.

III.4.1.2 Analyse DRX

La figure III.12 montre l'évolution des diffractogrammes de la poudre YPO4 :Pr³⁺ (0.1%.at) en fonction de la température de recuit (T=200, 300, 500,700, 900, 1050°C).

^20°

¹²⁰⁰

⁹⁰⁰

⁶⁰⁰

³⁰⁰

⁰

^{10 20 30 40 50 60 70 80 90 (a)} *

* * * * ^{T=200°C ICDD:11-0254}

¹⁸⁰⁰

¹⁵⁰⁰

Physique des matériaux 53

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

³⁰⁰

⁸⁰⁰

⁷⁰⁰

⁶⁰⁰

⁵⁰⁰

⁴⁰⁰

²⁰⁰

¹⁰⁰

⁰

(b)

^T=300°C

^ICSD:11-0254

^{10 20 30 40 50 60 70 80 90}

^20°

⁸⁰⁰

(d)

⁷⁰⁰

^T=500°C

^ICDD:11-0254

⁶⁰⁰

⁵⁰⁰

⁴⁰⁰

²⁰⁰

¹⁰⁰

₁₂

⁰

₃(20 (

( ₂

³⁰⁰

12

^{10 20 30 40 50 60 70 80 90}

^20°

Physique des matériaux 54

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

³⁰⁰

⁹⁰⁰

⁷⁵⁰

⁶⁰⁰

⁴⁵⁰

¹⁵⁰

⁰

(d)

^T=700°C

^ICDD:11-0254

^{10 20 30 40 50 60 70 80 90}

^20°

^{20 30 40 50 60 70 80 90}

^2q°

)

(f)

³⁰⁰

²⁵⁰

²⁰⁰

)

¹⁵⁰

)

¹⁰⁰

⁵⁰

⁰

)

^{YPO4:Pr3+ T=900°C}

^ICDD : ^11-0254

Physique des matériaux 55

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

²⁰⁰⁰

¹⁷⁵⁰

¹⁵⁰⁰

¹²⁵⁰

¹⁰⁰⁰

⁷⁵⁰

⁵⁰⁰

²⁵⁰

⁰

^(f)

^T=1050°C

^{ICDD N°011-0254}

^{20 30 40 50 60 70 80 90}

^20°

Figure III.12. Diffractogrammes x des poudres YPO4 calcinées à différèrent température

pendant 4H.

0

₍₂₀₎

Tous les pics de diffraction observés sur les diffractogrammes x des nanopoudres calcinées à T=300,500,700,900,1050°C sont caractéristiques à la phase tétragonale pure de la matrice YPO4 (structure Xenotime, groupe d'espace I41/amd) selon la carte ICDD 011-0254 ; contrairement aux résultats publiés auparavant par V. V. Semenko et ses collaborateurs [11] et récemment par J.Yang et ses collaborateurs [12] concernant l'effet de la température de recuit sur la phase obtenue ,qui ont pas obtenu la phase tétragonale pure pour les températures inférieurs à 400°C , il est bel et bien que nos résultats sont très intéressants car nous avons obtenu la phase tétragonale pour une température réduite à 300°C, cette température est en accord avec les résultats de l'analyse TGA-DTA.

1

₍₁₁₎

₍₁₂₎

₀₁

1

₍₃₂₎

0

)

Le diffractogramme x de la poudre calcinée à 200 °C (figure.III.12.a) présente plusieurs pics de diffraction, une partie de ces pics peuvent être attribués à la phase YPO4 selon les données de la carte ICDD N ° 11-0254, les autres pics marqués par un symbole spécifique sont dues à la présence des phases parasites. A partir de la température de recuit 300 °C, les pics parasites disparaissent, ainsi une phase YPO4 pure est obtenue.

Physique des matériaux 56

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr^3+

Les paramètres cristallographiques et de la microstructure des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (0.1%at) recuites à différentes températures obtenus après affinement Rietveld en utilisant MAUD software, sont regroupés dans le tableau III.3.

Tableau III.3. Evolution des paramètres cristallographiques et de la microstructure en fonction de la température de recuit.

	T=300°C	T=500°C	T=700°C	T=900°C	T=1050°C
D (nm)	12.74(9)	13.11(1)	13.68(9)	20.15(6)	36.98(5)
D (nm) D-Sch	14.40	14.75	15.03	19.25	32.16
Strain (%)	0. 28(1)	0.19(1)	0. 26(1)	0. 17(2)	0.0780 (4)
a (A°)	6.8859(7)	6.8873(6)	6.8857(7)	6.8860(9)	6.8846(3)
c (A°)	6.0281(4)	6.0242(6)	6.0206(6)	6.0211(9)	6.0220(2)
V(A°^3)	285.82609	285.75733	285.45389	285.43614	285.42905
Sig	0.87568533	0.9096259	0.91253245	0.96122754	1.006304
Rwp(%)	13.385595	13.975034	14.080682	22.343924	15.168101
Rexp(%)	15.285851	15.363496	15.430335	23.245197	15.07308

Rwp: weighted resitual error, Rexp: expected error, Sig: goodness of fit.

D (nm) D-Sch : Taille des cristallites évaluée par la relation Debaye- Scherrer selon le plan (200) en utilisant High score plus.

Les différents paramètres regroupés dans le tableau III.3, révèlent l'effet de recuit sur la structure et la microstructure des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (0.1%. at). L'augmentation de la température de recuit induit un accroissement de la taille des cristallites : nous avons constaté qu'à 300°C la poudre est formée par des cristallites dont la taille moyenne est de 12.74 nm, et d'environ de 36.98 nm après traitement à 1050°C. Nous observons que lors du processus de recuit, la taille des cristallites augmente et le volume de la maille diminue avec la température du traitement thermique, cette diminution est très remarquable pour les températures de recuit inférieures à 900°C, et une légère diminution après cette température, cela signifier que la phase tétragonale stable est obtenue à partir de la température 900°C. Ce résultat est en bon accord avec les résultats obtenus par J.Yang et ses collaborateurs [12].

La diminution du volume de maille et l'augmentation de la taille des cristallites comme illustré sur la figure III.13 est liée à l'amélioration de la cristallinité et la diminution de la densité des défauts. Un comportement similaire a été observé dans les travaux menés par M.S. Al-Assiri et ses collaborateurs [13], et K. Jackson [14].

Physique des matériaux 57

¹⁰

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺

^285.9

^285.8

^285.7

^285.6

^285.5

^285.4

Volume de la maille Taille des cristallites

³⁵

³⁰

⁴⁰

²⁵

²⁰

¹⁵

^{300 450 600 750 900 1050}

^{Température (°C)}

Figure III.13. Evolution de la taille moyenne des cristallites et du volume de la maille en fonction de la température du traitement thermique.

Physique des matériaux 58

^{100 80 60 40 20}

⁰

Chapitre III Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des
nanopoudres YPO4 :Pr³⁺