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

I.6.2. Aspects structuraux

Les orthophosphates de terres rares, LnPO4, vont donc être divisés en deux groupes sur la base de leur structure cristalline :

? Les orthophosphates formés à partir des éléments de la première moitié de la série des lanthanides (Ln = La à Gd) ont une structure analogue à la minérale monazite.

? Les orthophosphates formés moitié de la série (Ln = Tb à Lu) vont cristalliser dans une structure analogue à celle du xénotime.

I.6.2.1 La structure Manazite

La monazite cristallise dans un système monoclinique, son groupe d'espace est P21/n (C2h⁵ n°14), cette structure a été rapporté pour la première fois par Monney [19].Dans cette structure l'élément terre rare est coordiné à 9,cette coordinence forme un polyèdre qui peut être décrit comme un pentagone interpénétrant un tétraèdre. Ce polyèdre LnO9 est lié au groupe phosphate PO4 par mise en commun de deux atomes d'oxygène, figure I.12.

Physique des matériaux 15

Chapitre I Généralités et revue bibliographique

Figure I.12. (a) Structure de la Monazite [20], (b) Polyèdre de coordination de l'ion terre rare dans la structure monazite.

I.6.2.2 La structure Xenotime

Les composés de type xénotime, cristallisent dans le système tétragonal avec le groupe d'espace I41/amd (D4h¹⁹ n°141) [21]. Ils contiennent 4 motifs par maille dont la représentation est donnée en figure I.13. Le lanthanide est coordiné à 8 atomes d'oxygène. Le polyèdre résultant, LnO8, peut être décrit comme deux tétraèdres orthogonaux interpénétrés formant un dodécaèdre déformé [22]. Le groupement phosphate forme aussi un tétraèdre déformé.

Figure I.13. Structure de la Monazite [21].

Physique des matériaux 16

Chapitre I Généralités et revue bibliographique

La figure I.14 représente la structure Monazite de la matrice YPO4.

Figure I.14. (a) : Structure cristalline de YPO4 (tétragonal), (b) : Les représentations polyédriques de PO4 (tétraèdre) et YO8 (dodécaèdre [22].

Physique des matériaux 17

Chapitre I Généralités et revue bibliographique

I.7. Propriétés de la matrice YPO4

Les différentes propriétés structurales, physiques et optiques de la matrice YPO4 sont résumées dans le tableau I.3.

Tableau I.3. Paramètres optiques et cristallographiques de la matrice YPO4 [22, 23, 24, 25].

	YPO4
Structure	tétragonale
Groupe d'espace (Schönfliess-Fedorov) (Hermann-Mauguin)	19 ??4h I41/amd
Symétrie locale	D2d
Paramètres de mailles (Å)	a =b= 6.882 c = 6.018
Densité (g/Cm3)	4.28
Energie maximale de phonon (cm-1)	1060
Bande interdite (ev)	8.3, 8.6
Propriété optique	uniaxe
Longueur d'onde de coupure (nm)	149
Indice de réfraction	1.72
Température de fusion (°C)	1600

Actuellement, les propriétés chimiques et physiques de leurs analogues synthétiques en font des matériaux d'intérêt technique, ils sont utilisés pour diverses applications :

? le conditionnement de déchets nucléaires, en tant que matrice de stockage [26].

? les matériaux composites, en tant qu'interface fibre-matrice dans les composites à matrice céramique (CMC) [27,28].

? les luminophores [29, 30, 31].

Physique des matériaux 18

Références bibliographies

Références bibliographies

[1] Bian, Zuqiang, and Chunhui Huang."Electroluminescence Based on Lanthanide Complexes." Rare Earth Coordination Chemistry: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd, 2010. 435-472.

[2] H.S.Seo, K.Oh, U. C. Paek .Simultaneous amplification and channel equalization using Raman amplifier for 30 channels in 1.3um band. Journal of Light wave Technology, 19(2001)391.

[3] D.V. Gapontsev, S. V. Chernikov, and J.R. Taylor. Fiber Raman ampli fi e r s for broadband operation at 1.3 um, Optics Communications, 85 (1999)166.

[4] Trombe, F., et al. "Éléments des Terres Rares (ou Lanthanides), Scandium, Yttrium, Actinium." Nouveau Traité de Chimie Minérale. Vol. 7. Masson Paris, 1959. 745.

[5] Trombe, F. et al. « Eléments des terres rares (ou lanthanides): scandium, yttrium, actinium, Nouveau traité de chimie minérale », P. Pascal. Paris, Masson et Cie. VII(1) 1959.

[6] P. Jenouvrier, Relations entre propriétés spectroscopiques et microstructurales de couches minces de titanates de terres rares élaborées par sol gel et intégration dans des dispositifs actifs, Thèse de doctorat, Institut National Polytechnique de Grenoble, 21 Octobre 2003.

[7] KAHOUADJI. B, Synthèse par voie sol-gel et étude des propriétés structurales et optiques des scintillateurs à base des ortho-phosphates LnPO4 (Ln=Y, Lu, La and Gd) dopés aux ions des terres rares trivalents, thèse doctorat, Université de Bejaia, 2017.

[8] Hakim LOUDYI, `'Etude de la photoconductivité dans les matériaux luminescents dopés terres rares par la méthode de la cavité résonante micro-ondes», Thèse de Doctorat, l'université CLAUDE BERNARD - LYON 1,2002.

[9] J. Margerie, Champ cristallin et spectre optique des ions dans les cristaux, journal physique, Tome 26, Mai 1965, P268.

[10] DIEKE, G.H., H.M. Cross white, and H. Cross white, Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals. Interscience Publishers «1968».

[11] R. C. Naik, N. P. KranJikar and N. A. Narasimham, X-Ray excited optical luminescence spectrum of Pr³⁺ doped YPO4, Solid State Cormnunications, 38 (1981)389-391.

[12] Blasse, George et BC Grabmaier. "Une introduction générale aux matériaux luminescents." Matériaux luminescents. Springer, Berlin, Heidelberg, 1994. 1-9.

[13] Bernard Valeur, Lumière et luminescence, Belin, 2005.

Références bibliographies

[14] MANSUY Christelle, Elaboration par voie sol-gel et caractérisations de matériaux scintillateurs inorganiques, thèse de Doctorat, Sciences des Matériaux, Université BLAISE PASCAL, 2004

[15] B. Viana, Cristaux et céramiques transparentes comme matériaux scintillateurs pour l'imagerie médicale, EDP Sciences, 2010 (2011) 153-159.

[16] MILLIGAN, W. O., MULLICA, D. F., et al, Structural investigations of YPO4, ScPO4 and LuPO4. Inorganica Chimica Acta 60(1982)39-43.

[17] BYRAPPA, K, Preparative methods and growth of rare earth phosphates. Prog. Crystal Growth and Charact. 13 (1986)163-196.

[18] PASCAL. P, Monazite. Nouveau traité de chimie minérale, Editions Masson Paris et Cie. (1956) 108-117.

[19] C. L. Monney, Crystal structure of a series of rare earth phosphates, J. Chem. Phy, 16(1948) 1003.

[20] Y.X. Ni, J.M. Hugues, A.N. Mariano, Crystal chemistry of the monazite and xenotime structures, Am. Mineral, 80 (1995)21.

[21] A.HEZEL, S.D. ROSS, X-ray powder data and cell dimensions of some rare earth orthophosphates. J. Inorg. Nucl. Chem. 29 (1967)2085-2089.

[22] W.O. MILLIGAN, D.F. MULLICA, and al.., Structural investigations of YPO4, ScPO4 and LuPO4, Inorganica Chimica Acta, 60 (1982),39-43.

[23] G. M. Begun , G.W. Beall , L. A. Boatner , W. J. Gregor , Raman spectra of the rare earth orthophosphates, J. Raman Spectrosc, 11 (1981)273.

[24] A. K. Parchur, A. I. Prasad, S. B. Rai, R.Tewari, R. K. Sahu, G.S. Okram, R. A. Singh, R. S. Ningthoujam, Observation of intermediate bands in Eu³⁺ doped YPO4 host: Li⁺ ion effect and blue to pink light emitter, AIP ADVANCES 2, 032119 (2012).

[25] Guillot-Noel, Thèse doctorat, Université Pierre et Marie Curie - PARIS VI ,1998.

[26] H. Khajuria, J. Ladol, S. Khajuria, M. S. Shah, H.N. Sheikh, Surfactant mediated hydrothermal synthesis, characterization and luminescent properties of GdPO4: Ce³⁺/Tb³⁺ & GdPO4 core shell nanorods, Materials Research Bulletin, 80 (2016) 150-158.

[27] J.M. Montel, S. Foret, Electron microprobe dating of monazite, Chemical Geology 131 (1996) 37-53.

[28] J.B. Davis, D.B.Marshall, Oxide composites of Al2O3 and LaPO4, Journal of the European Ceramic Society 19 (1999) 2421-2426.

[29] M.H. Lewis, A. Tye, Oxide CMCs: interphase synthesis and novel fibre development, Journal of the European Ceramic Society 20(2000) 639-644.

Références bibliographies

[30] M.Z. Su, J. Zhou, Reaction mechanism for the solid state synthesis of LaPO4: Ce, Tb phosphor. Journal of Alloys and Compounds 207-208 (1994) 406-408.

[31] M. Junker, Etude et optimisation des propriétés optiques et morphologiques d'un luminophore de type La1-x-yCe_xTbyPO4, Thèse de doctorat, ENSM St Etienne et INP Grenoble,1995

Références bibliographies