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Cristallogenèse et caractérisations du diphosphate Na2ZnP2O7 pur et dopé et de la solution solide de type pérovskite Na(1x)BaxNb(1x)TixO3

De
192 pages
Sous la direction de Jean-Pierre Chaminade, Djamel Ouadjaout
Thèse soutenue le 07 février 2010: Université Mohamed Khider de Biskra, Bordeaux 1
Les propriétés physiques d’un matériau sont intimement liées à sa structure cristalline et dans le cas d’ions dopants aux sites qu’ils occupent. La première partie de ce travail est dédiée au matériau diphosphate de sodium et de zinc Na2ZnP2O7, cristallisé out vitreux et ceci pour les ions dopants Co2+, Ni2+, Mn2+ et Eu3+. Les phases cristallisées ont été obtenues par la méthode Czochralski, les verres par trempe à partir de l’état fondu. Un ensemble de caractéristiques physiques ont été mises en jeu (Raman, infrarouge, RPE, absorption optique, luminescence) pour déterminer les sites occupés par les ions dopants et l’influence sur les propriétés optiques. La deuxième partie de cet travail consiste à une meilleure connaissance des matériaux diélectriques sans plomb appartenant à la famille pérovskite et plus particulièrement à la solution solide NaNbO3-BaTiO3. Des monocistaux ont été obtenus par la méthode des flux et caractérisés en utilisant plusieurs techniques : diffraction X, microanalyse, évolution thermique des domaines ferroélectriques-ferroélastiques, mesures diélectriques, piézoélectriques et pyroélectriques.
-Diphosphate de zinc et de sodium
-Dopants :Co2+ Ni2+ Mn2+ et Eu3+
-Croissance cristalline (Czochralski/méthode des flux)
-Spectroscopie optique
-RPE
-Matériaux cristallisés et vitreux
-Pérovskite
-Solution solide NaNbO3-BaTiO3
-Propriétés diélectriques
Abstract The physical properties of a material are intimately related to its crystalline structure and in the case of doped ions they are dependent on to the sites they occupy. The first part of this work is dedicated to the diphosphate material of sodium and zinc Na2ZnP2O7, glassy and crystallized for doped ions of Co2+, Ni2+, Mn2+ and Eu3+. The crystallized phases were obtained by the Czochralski method whereas the glasses were obtained by quenching from the molten state. A set of physical characteristics were studied (Raman, infrared, EPR, optical absorption, luminescence) to determine the sites occupied by the doped ions and its influence on the optical properties. The second part of this work consists of a better knowledge of lead-free dielectric materials belonging to the family of Perovskite, more particularly to NaNbO3-BaTiO3 solid solution. Single crystals were obtained by the flux method and were characterized using several techniques: X-rays diffraction, microanalysis, thermal evolution of ferroelectric and ferroelastic domains; dielectric, piezoelectric and pyroelectric measurements.
-diphosphate of zinc and sodium (Co2+ Ni2+ Mn2+ and Eu3+) crystal growth (Czochralski / flow method) optical spectroscopy EPR glassy and crystalline materials perovskite NaNbO3-BaTiO3 solid solution Dielectric Properties.
Source: http://www.theses.fr/2010BOR13992/document
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N° d’ordre : 3992



THÈSE

en cotutelle
entre
L’Université Mohamed KHIDER de Biskra
et
L’Université de Bordeaux 1

Présentée à la

Faculté des Sciences de Biskra

Par Lakhdar GACEM
Pour obtenir le grade de

DOCTEUR

Spécialité : Physico-Chimie de la Matière Condensée


Cristallogenèse et caractérisations du diphosphate Na ZnP O2 2 7 
pur et dopé et de la solution solide de type pérovskite   
Na Ba Nb Ti O  (1­x) x (1­x) x 3

Thèse dirigé par :

Jean Pierre CHAMINADE et Djamel OUADJAOUT

Soutenue le 07-02- 2010, devant la Commission d’Examen formée de :
Professeur, Université Med KHIDER, Biskra M. Noureddine SENGOUGA Président
Ingénieur de Recherche, LPCML, Lyon Rapporteur M. Kheirreddine LEBBOU
Maître de Conférences, Université Med KHIDER, Biskra M. Toufik Mohamed SOLTANI
Directeur de Recherche, ICMCB-CNRS, Bordeaux M. Mario MAGLIONE Examinateur
Ingénieur de Recherche, ICMCB-CNRS, Bordeaux M. Jean Pierre CHAMINADE Examinateur
Maître de Recherche, UDTS, Alger Examinateur M. Djamel OUADJAOUT

  
2010 
    


     
   Dédicace 





Dédicace 
 
 
 
 
Je dédie ce travail 
A mes parents, 
A ma famille en particulier à mon épouse et mes enfants, 
A mes frères et mes sœurs, 
Pour leurs encouragements et leur affection et leur soutien 
moral. 
A tous mes collègues et ami(e)s. 
A eux tous, je souhaite un avenir plein de joie, de bonheur et 
de succès. 
 
    
    


     
   Remerciement 

Remerciements 

Ce travail a été réalisé à l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux,
dirigé par Monsieur Jean Pierre CHAMINADE, Ingénieur de Recherche à l’Institut de
Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB-CNRS), et par Monsieur Djamel
OUADJAOUT, Maître de Recherche à l’Unité de Développement de la Technologie du
Silicium (UDTS-Alger). Je tiens à les remercier vivement et leur adresser ma profonde
reconnaissance.


Je tiens à remercier vivement Monsieur Alain GARCIA, Chargé de Recherche au groupe
" Matériaux pour l’optique" (ICMCB), qui a largement participé à ce travail avec beau
coup d’enthousiasme. Il m’a fait profiter de ses larges compétences en optique.

Je suis très reconnaissant de l'aide que le Professeur Pierre GRAVEREAU m’a prodiguée
en Cristallographie.

Je tiens à remercier tout particulièrement Monsieur Oudomsack VIRAPHONG, assistant
Ingénieur en Cristallogenèse et Déterminations Structurales (ICMCB), pour son aide
précieuse dans la partie expérimentale.

Je remercie également Monsieur Régnault VON DER MÜHLL qui m’a beaucoup aidé
pour les mesures des propriétés des cristaux (diélectriques et piézoélectriques), me faisant
profiter de sa grande compétence dans ce domaine.

Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Thierry CARDINAL chargé de
recherche au groupe "Matériaux pour l’optique", qui a suivi une partie de ma thèse (verres)
avec attention et bienveillance, J’ai pu apprécier sa gentillesse et la richesse de sa culture
scientifique.

Je voudrais également exprimer toute ma reconnaissance à Melle Véronique JUBERA,
Maître de Conférences à l’Université de Bordeaux 1.

     
   Remerciement 

Je voudrais remercier sincèrement Monsieur Claude DELMAS, Directeur de l’ICMCB
pour m’avoir donné l’occasion de séjourner dans son Institut.
Je remercie également Monsieur Mohamed BOUMAOUR, Directeur de l’UDTS pour son
soutien.

Je tiens à remercier chaleureusement Monsieur Mario MAGLIONE, Directeur de
recherche et Directeur Adjoint de l’ICMCB, qui m’a permis de travailler au groupe
"Matériaux Ferroélectriques, Céramiques et Composites".

Je voudrais remercier également toutes les personnes qui ont contribué activement par
leurs compétences à l’avancement de ce travail :
- Monsieur M. COUZI, Professeur pour l’analyse par spectroscopie Raman,
- Monsieur F. GUILLEN, Ingénieur pour les mesures optiques et IR,
- Monsieur M. LAHAYE, pour les analyses par microsonde,
- Monsieur S. PECHEV, pour les mesures DRX,
- Madame A. ARTEMENKO, pour les expériences de RPE
- Madame A. SIMON, pour les mesures diélectriques
- Messieurs D. DENUX, et P. Dagault, pour les mesures thermiques,
- Monsieur L. GUERBOUS du CRNA/Alger, pour les fructueuses discussions.

Je tiens également à remercier mes amis A. BENHAMZA, A. HAOUARI et A.
GUEDDIM pour leur aide morale et scientifique.

J'associe à ces remerciements tous les membres de l’UDTS et ICMCB, chercheurs,
techniciens et personnels administratifs avec qui j'ai eu le plaisir de travailler.

     
   
Sommaire 














SOMMAIRE 
 
     
    


     
   Sommaire   
Sommaire 
Introduction générale ...................................................................................................................1 
Chapitre I : Généralités & Techniques expérimentales 
 
I.1 Méthodes de croissance ................................................................................................6 
   I.1.1 Méthode de tirage de Czochralski (CZ)................................................................6 
   I.1.2 Méthode du flux..........................................................................................................8 
I.2 Techniques expérimentales.................................................................................10 
I.2.1 Diffraction des Rayons X ..............................................................................................10 
I.2.2 Analyse calorimétrique différentielle (DSC) .......................................................14 
I.2.3 Spectroscopie infrarouge.............................................................................................14 
I.2.4  de diffusion Raman..........................................................................15 
I.2.5 Spectroscopie RPE...........................................................................................................16 
I.2.6  UV. Vis. IR17 
I.2.7 Spectroscopie d’émission atomique en ICP ........................................................19 
I.2.8 Micro sonde X ...................................................................................................................19 
I.2.9 Dispositifs de mesures diélectriques......................................................................19 
    I.2.10 Traitements et mises en forme..............................................................................22 
I.3 Conclusion .............................................................................................................................22 
Références bibliographiques du chapitre I............................................................23 
Chapitre II : Le  diphosphate cristallin Na ZnP O  pur 2 2 7
et dopé  
 
II.1 Introduction.................................................................................................................24 
II.2 Elaboration des matériaux..................................................................................25 
  
      i
   Sommaire   
II.2.1 Caractérisation par diffraction des Rayons X....................................................25 
II.2.2 Croissance cristalline ....................................................................................................26 
II.3 Rappels sur la structure cristalline de Na ZnP O .................................26 2 2 7
II.3.1 Structure de Na ZnP O : petite maille (PM) .....................................................27 2 2 7 
II.3.2  de Na ZnP O : grande maille (GM)...................................................31 2 2 7 
II.4 Les cristaux des systèmes Na Zn M P O  & Na TR ZnP O .34 2 (1‐x) x 2 7 (2‐3x) x 2 7
II.4.1 Préparation des produits de départ ......................................................................34 
II.4.2 Croissance cristalline ....................................................................................................34 
II.4.3 Analyse chimique des matériaux monocristallins ..........................................37 
    II.4.4 Analyse par diffraction X............................................................................................38 
     II.4.5 Spectroscopie de vibration IR..................................................................................39 
    II.4.6  de vibration Raman .......................................................................40 
     II.4.7 Spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE).......43 
II.4.8 Propriétés optiques.......................................................................................................57 
         II.4.8.1 Spectres d’absorption..................................................................................................58 
         II.4.8.2 Excitation et émission67 
II.5 Conclusion.....................................................................................................................79 
Références bibliographiques du chapitre II......................................................80 

Chapitre III : Le verre diphosphate   Na ZnP O pur et 2 2 7 
dopé  


III.1 Introduction ...............................................................................................................83 
III.2 Elaboration des verres.........................................................................................83 
III.2.1 Mesures thermiques..................................................................................................85 
III.2.2  des densités ................................................................................................88 

  
      ii