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Fonctionnalisation et propriétés optiques de nanobatonnets et de cristaux liquides inorganiques

par Anne-Marie, Poggi Mélanie - publié le , mis à jour le

Participants :

Maud Thiriet (thèse), Khalid Lahlil , Jean Pierre Boilot , Thierry Gacoin* .
Collaboration avec le groupe EPS du laboratoire (J.Peretti).
Ancien doctorant Jong Wook Kim (2013).

Image au MEB de bâtonnnets de NaYF4:Er/Yb et luminescence pour excitation dans l’IR.

Les cristaux liquides inorganiques peuvent avoir des propriétés uniques et complémentaires de celles des cristaux liquides organiques qui sont le plus fréquemment rencontrés. Certains travaux précurseurs ont mis en évidence des phases du type cristal liquide sur des systèmes constitués de particules d’argile en forme de plaquettes, de nanobâtonnets minéraux ou encore de particules anisotropes de semiconducteur. Pour exploiter pleinement les propriétés de ces nanomatériaux, il est nécessaire de contrôler finement leurs propriétés de surface, afin de pouvoir les disperser dans une large variété de solvants ou de matrices.
Nous nous intéressons ici à des nanobâtonnets de NaYF4 pouvant être dopés avec des lanthanides comme l’europium et l’ytterbium, conduisant à une luminescence de type upconversion particulièrement efficace. La synthèse de ces nano-objets s’effectue par voie hydrothermale, une technique de chimie des colloïdes rendant possible le contrôle du rapport d’aspect des bâtonnets en faisant varier le temps de chauffage et le taux de dopage en lanthanides.
Les nanoparticules ont ensuite été fonctionnalisées par différents ligands avec des fonctions carboxylate et phosphonate, ces fonctions complexant efficacement la surface des particules. Ce greffage, facile à mettre en œuvre, a été caractérisé par IR et RMN. Il offre aux particules une bonne stabilité colloïdale dans un solvant polaire non aqueux comme l’éthylèneglycol ou le DMSO.
Cette stabilisation ouvre un champ d’investigation très riche dans l’étude des propriétés physiques dûes à l’anisotropie des nanoparticules, notamment leur organisation collective. On peut mentionner la réalisation de couches minces de particules toutes orientées dans la même direction ou leur alignement par un champ électrique. Les propriétés électro-optiques du système ont été en particulier étudiées : influence de la fréquence et de l’amplitude du champ électrique appliqué ainsi que celle de la fraction volumique et de la taille des particules.