Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Céramiques optiques“

Traditionnellement, les études paléoécologiques menées en Afrique centrale ont documenté l’évolution de la végétation, en particulier le rôle du climat dans le façonnage des paysages forestiers tropicaux. Ces études restent néanmoins peu nombreuses, en raison des conditions d’accès au terrain et de la grande diversité en matière d’espèces végétales. En outre, la relation entre l’homme et son environnement y demeure un champ d’investigation relativement récent. Conduite dans une optique pluridisciplinaire, entre archéologie et écologie, cette thèse s’intéresse aux activités humaines passées dans le nord du bassin du Congo et à leur impact sur les forêts telles que nous les voyons aujourd’hui. L’analyse du cadre spatio-temporel des activités anthropiques dans l’Intervalle de la Sangha montre l’ampleur du manque de connaissances sur cette présence humaine. Elle souligne également l’absence d’occupations humaines entre ~1300 et 600 BP dans la zone d’étude. Une méthodologie est donc proposée pour combler ces lacunes, basée sur l’acquisition et l’analyse statistique des restes botaniques carbonisés trouvés dans les sols. Les résultats montrent une opposition spatiale entre espaces domestiques et agricoles. La combinaison d’endocarpes de palmier à huile carbonisés et de tessons de céramique indiquerait la présence de villages, tandis que la présence de charbons de bois supposerait davantage l’existence de champs. Par ailleurs, le rassemblement et l’analyse d’importants jeux de données (i. e. paléoécologiques, archéologiques, historiques et dendrologiques), centrés sur l’Intervalle de la Sangha et couvrant le dernier millénaire, soulignent l’effet des changements d’usage des terres sur la régénération de quatre populations d’arbres héliophiles actuellement exploités pour leur bois (Erythrophleum suaveolens, Pericopsis elata, Terminalia superba et Triplochiton scleroxylon). Les résultats mettent particulièrement en exergue le rôle de la colonisation européenne à partir de la deuxième moitié du 19e siècle dans ces changements, et le déficit de régénération de ces populations d’héliophiles depuis cette période. Ainsi, ce travail souligne l’importance de la chronologie, de l’identification des activités humaines passées au sein des forêts denses humides et de l’impact de l’histoire humaine récente sur les paysages forestiers d’Afrique centrale. Enfin, nous identifions plusieurs lacunes et proposons des pistes de recherche, notamment en direction des gestionnaires forestiers.

Le zirconium fait partie intégrante de l’assemblage de combustible contenant l’uranium, placé en réacteur nucléaire. Cette activité industrielle mérite d’être soulignée car toutes les étapes de fabrication, qui sont autant d’usines réparties historiquement dans différentes régions, mettent en valeur le savoir-faire français en métallurgie et alimentent aussi d’autres industries (pharmacie, médicale, électronique, céramique, optique, automobile, etc.).

L'objectif de ce travail est de développer des matériaux pour une conversion efficace de fréquences. Deux types de matériaux ont été étudiés. Le premier type concerne des matériaux pour le doublage de fréquence par la génération de second harmonique. Nous avons sélectionné des vitrocéramiques de chalcogénures GeS₂+βGeS₂ et Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds pour cette étude avec une différence d'indice faible entre la phase vitreuse et les cristaux. Ces vitrocéramiques ont été élaborées avec une technique originale en associant la mécano-synthèse et le pressage flash (Spark Plasma Sintering). Elles présentent une grande compacité supérieure à 99,9%. Les pertes optiques par diffusion, en particulier dans les courtes longueurs d'onde, doivent encore être améliorées pour rend possible les mesures de génération de second harmonique. Cette nouvelle technique de synthèse a également permis la fabrication des verres de chalcogénures qui ont une forte tendance à cristalliser. L'exemple a été donné par la synthèse du verre Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, situé en dehors du domaine vitreux déterminé par la méthode de synthèse classique (fusion-trempe). Le deuxième type de matériaux étudiés concerne des matériaux luminescents à large bande d'absorption et d'émission. Les ions de métaux de transition Fe, Ni et Mn et l'ion de terre rare bivalent Eu ont été sélectionnés en raison des transitions électroniques impliquant des électrons de la couche d. Des émissions larges et parfois intenses ont été obtenues avec des ions Eu²⁺ dans les céramiques SrS/ZnS et CaS/ZnS. La largeur à mi-hauteur peut même dépasser 100 nm. Il a été démontré que la position de l'émission dépend fortement de l'environnement chimique des ions Eu²⁺. Afin d'ajuster continuellement la position de cette émission, des couches minces contenant différents rapports Sr/Ca ont été déposées par co-pulvérisation cathodique assistée par un magnétron. Des émissions larges et ajustables ont été obtenues
The objective of this work is to develop materials for efficient frequency conversion. Two types of materials were studied. The first type relates to materials for frequency doubling by using second harmonic generation. We selected chalcogenide glass ceramics GeS₂+βGeS₂ and Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds for this study with a low difference of refractive index between the glass phase and the crystals. These ceramics were synthesized by melt-quenching technique and by combination of mechanical milling and Spark Plasma Sintering. The obtained glass ceramics have a high compactness greater than 99.9%. The optical losses due to scattering, particularly at shorter wavelengths, must be further improved before measurement of second harmonic generation. This new synthesis technique also allowed the manufacture of chalcogenide glasses which have a strong tendency to crystallize. The example was given by the synthesis of the glass Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, located outside of the glass forming region determined by using the conventional melt-quenching method. The second type of the studied materials was related to luminescent materials with broadband absorption and emission. Transition metal ions, Fe, Ni and Mn, and divalent rare earth ion Eu were selected for its electronic transitions involving d-shell electrons. Wide and intense emissions were obtained with Eu²⁺ ions in CaS/ZnS and SrS/ZnS ceramics. The FWHM may exceed 100 nm. It has been demonstrated that the position of the emission strongly depends on the chemical environment of Eu²⁺ ions. In order to continuously adjust the position of the emission, thin films containing different Sr/Ca ratios were deposited by magnetron sputtering. Wide and adjustable emissions were obtained

Les lustres sont un type de céramiques produites dans le bassin méditerranéen entre le VIIIe et le XVIe siècle. Les potiers de cette époque ont mis au point un procédé permettant d'obtenir à la surface de la céramique une structure à base de nanoparticules de métaux nobles (cuivre et/ou argent). Cette structure est à l'origine des propriétés colorimétriques exceptionnelles des lustres. En effet, la couleur de ces objets change lorsque l'angle d'observation change. Le travail de recherche présenté dans cet ouvrage avait pour but d'une part de caractériser les effets optiques observés et d'autre part de modéliser ces effets.

Parmi les phénomènes entrant en jeu, on retrouve des effets d'absorption plasmon, des effets d'interférences et des effets de diffusion. Par ailleurs, des effets d'interférences en dehors de la direction spéculaire ont été mis en évidence. Le travail de modélisation a consisté à développer la simulation de ces effets d'interférence hors spéculaire puis à intégrer dans un même modèle les effets listés précédemment ayant la particularité d'intervenir à des échelles différentes et d'être décrits par des modèles spécifiques. Les spectres obtenus avec le modèle ainsi développé reproduisent les effets de couleur observés.

Enfin, le travail de caractérisation effectué sur plus de 200 échantillons provenant de toutes les époques et des principaux centres de production a permis pour la première fois d'obtenir une vue globale de l'ensemble de la production de céramiques lustrées et de mettre en avant des pistes de réflexion sur l'évolution de la technique et le savoir faire des potiers de l'époque.

Ce travail de recherche porte sur l'élaboration de céramiques transparentes de CaLa₂S₄ pour la réalisation d'optiques MWIR et LWIR. Différentes méthodes de synthèse de poudres ont été explorées afin d'élaborer des poudres céramiques de grande pureté, cubiques et de morphologie adaptée à la densification. Il en a résulté le développement d'une méthode combustion comme nouvelle voie de synthèse de ce matériau. Différentes techniques de frittage ont été explorées : le SPS, le pressage à chaud (HP) et le frittage sous sulfure d'hydrogène (H₂S) suivi d'un post-frittage HIP. Le pressage à chaud permet d'élaborer des céramiques transparentes dans l'IR. Cependant leurs propriétés optiques sont dégradées par la présence de bandes d'absorption et par un noircissement important dû à l'interaction du matériau avec le graphite. Ces deux problématiques ont été résolues en combinant frittage naturel et compaction isostatique à chaud. La transmission des céramiques obtenues par ce procédé atteint à 13µm la transmission théorique de 68%
This work focuses on the elaboration of CaLa₂S₄ transparent ceramics for IR optical applications in the MWIR and LWIR atmospheric windows. Various synthesis methods were explored for the elaboration of high purity cubic ceramic powders with adequate morphology for densification. As a result, we developed an innovative combustion method of this material. Different sintering techniques were investigated: Spark Plasma Sintering (SPS), Hot Pressing (HP) and Sintering in sulfurizing atmosphere (H₂S) combined to Hot Isostatic Pressing (HIP). Hot Pressing produces IR transparent ceramics. However, their optical properties are affected by the presence of absorption bands and significant blackening due to the interaction of the material with the graphite. These two issues have been solved by using sintering coupled to post-HIP. Transmission of the optics obtained by this process reaches the theoretical transmission of 68 % at 13μm

Les travaux de recherche effectués dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre de l'étude du comportement non linéaire sous application d'une contrainte extérieure sur des céramiques PMN-25PT et des monocristaux PZN-4. 5PT à symétries rhomboédriques. Ces matériaux sont utilisés pour différentes applications (actionneurs et capteurs) et réagissent comme des matériaux intelligents. La stabilité des caractéristiques de ces matériaux sous l'influence de contraintes extérieures est l'une des caractéristiques recherchées pour ces matériaux. L'objectif de cette thèse est de développer un modèle pour l'étude du basculement des domaines et de la variation de la polarisation microscopique en fonction de la contrainte mécanique appliquée, ainsi que de modéliser cette dépolarisation en appliquant la statistique de Maxwell Boltzmann
This research work studies the nonlinear behavior of rhombohedral ceramics PMN-25PT and single crystals PZN-4. 5PT under compressive uniaxial stress. These materials are used for various sensing and actuation applications and act as smart materials. The stability of the characteristics of these materials under the influence of external pressures is one of the characteristics sought for these materials. The main objective of this thesis is to develop a model for the study of the switched domains and the variation of the microscopic polarization versus the applied mechanical stress, and to model this depolarization by applying the Maxwell Boltzmann statistics

Ce travail avait pour but l'obtention de céramiques transparentes de Y2O3 dopées ou non par un ion luminescent tel que Nd3+, dans la perspective de la mise au point d'un matériau laser. Pour cela, de nouvelles voies de synthèse, de type sol-gel, ont été crées. Elles mettent en jeu différents acides, qui selon leur nature ou leur concentration conduisent à des poudres précurseur métallo-organiques de morphologie variée. Ensuite, l'etape de frittage a été étudié et modélisée, ce qui a permis de relier de façon prédictive la morphologie des poudres de Y2O3 à la densité finale de la céramique. Les meilleurs échantillons non dopés présentent une transparence supérieure à 98%. Ceux dopés au néodyme sont translucides.

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de luminophores (La₂O₂S:Er,Yb, La₂O₂S:Nd, Lu₂O₂S:Nd, CaLa₂S₄:Nd) et céramiques optiques infra-rouges (ZnS et CaLa₂S₄). Il a consisté, en premier lieu, à développer des méthodes de synthèse de poudres de très grande pureté, principalement par méthode de combustion suivie de traitement sous H₂S(/N₂). Des nanopoudres de La₂O₂S:Er,Yb (50-200nm) se sont révélées être des luminophores très efficaces pour l'up‐conversion. Des nanopoudres de La₂O₂S: Nd (~250 nm) présentent un effet laser avec une énergie émise de 2,5 mJ et un rendement supérieur à 15%. L'étude de la densification (par hot pressing, HP) de poudres de ZnS préparées selon trois voies de synthèse (précipitation, synthèse par combustion et réaction en bain fondu) a permis d'élaborer des céramiques transparentes ZnS de qualité CVD‐HIP, avec des transmissions maximales supérieures à 73% à 12μm (précipitation) et la transmission maximale théorique de 75% à 10μm (combustion). Le frittage par HP de poudres de CaLa₂S₄, entre 1100°C et 1300°C, conduit, à cause d'une contamination par le carbone de la matrice de frittage et/ou d'une perte de soufre, à des céramiques noires et opaques en IR. CaLa₂S₄ comme nouveau matériau de matrice tolère des taux de dopage élevés en Nd. Après excitation à 815nm, il présente deux émissions intenses à 900nm et 1060nm, ainsi qu'une émission plus faible à 1350nm avec une intensité de luminescence qui augmente jusqu'à 10% molaire en Nd
This thesis deals with the elaboration of phosphors (La₂O₂S:Er,Yb, La₂O₂S:Nd, Lu₂O₂S:Nd, CaLa₂S₄:Nd) and optical IR ceramics (ZnS and CaLa₂S₄). First, the routes for the synthesis of high purity powders have been developed, mainly by combustion method followed by H₂S(/N₂) treatment. La₂O₂S:Er, Yb nanopowders (50-200 nm) proved to be very efficient phosphors for up-conversion. La₂O₂S: Nd nanopowders (~250 nm) have a laser effect with a 2.5 mJ output energy and a yield higher than 15%. The densification by hot pressing of ZnS powders prepared following three synthesis routes (precipitation, combustion synthesis and reaction melt) has developed ZnS transparent ceramic of CVD‐HIP quality, with maximum transmission greater than 73% at 12μm (from powders obtained by precipitation) and with the theoretical maximum transmission of 75% at 10μm (from powders obtained by combustion). Hot pressing of CaLa₂S₄ powders, between 1100°C and 1300°C, leads to IR opaque ceramics with black color, due to carbon diffusion from the sintering matrix and/or to sulfur loss. CaLa₂S₄ as new phosphor matrix material tolerates high Nd doping level. After excitation at 815 nm, it shows two intense emissions at 900 nm and 1060 nm, and a lower transmission at 1350nm with a luminescence intensity that increases up to 10% (mol) Nd

Les matériaux possédant des propriétés de luminescence persistante peuvent être décrits comme étant des « batteries optiques » capables de se charger lorsqu’ils sont soumis à une source excitatrice et de se décharger en émettant un rayonnement lumineux. Un des enjeux majeurs pour ce type de matériaux consiste en la synthèse d’échantillons entièrement cristallisés et transparents, permettant une émission en volume. Ces dernières années, le laboratoire CEMHTI a développé un procédé original de synthèse de céramiques polycristallines transparentes : la cristallisation complète du verre. Ce procédé a été employé au cours de ce travail en vue d’obtenir des matériaux innovants présentant des propriétés de luminescence persistante. Pour ce faire, trois systèmes pseudo-binaires ont été étudiés : SrAl2O4-SrAl2Si2O8, BaAl2O4-BaAl2Si2O8 et CaAl2O4-CaAl2Si2O8. Parmi les principaux résultats obtenus, il a été montré que les solutions-solides Sr1-x/2Al2-xSixO4 et Ba1-x/2Al2-xSixO4 permettaient une modulation des propriétés de luminescence persistante par rapport à leurs composés de référence, respectivement SrAl2O4 et BaAl2O4. Par ailleurs, de nouvelles céramiques transparentes biphasiques, composées des deux nouvelles solutions-solides Ba1-x/2Al2-xSixO4 et Ba1+x/2Al2+xSi2-xO8, ont été synthétisées. Enfin, l’étude ciblée d’une composition proche de CaAl2Si2O8 a permis de mettre en évidence la stabilisation d’une nouvelle phase cristalline, localisée dans le volume de l’échantillon, grâce à un processus original lié au rôle d’agent nucléant joué par l’europium. Ce dernier résultat renforce l’intérêt du pseudo-binaire CaAl2O4-CaAl2Si2O8 dans le but futur d’obtenir des céramiques transparentes de grande taille par cristallisation complète du verre
Materials showing long-lasting luminescence properties can be seen as « optical batteries ». Indeed, they can be charged by an optical excitation source and discharged with the emission of visible light. One of the major challenges long-lasting phosphors are facing is the synthesis of fully crystallized and transparent materials, which would enable an optical emission in the entire volume of the sample. Recently, the CEMHTI laboratory has developed an innovative synthesis process to obtain transparent ceramics: the full crystallization from a parent glass. This approach was used all along this work in order to synthetize new crystalline materials showing long-lasting luminescence properties. Three pseudo-binary systems have been studied: SrAl2O4-SrAl2Si2O8, BaAl2O4-BaAl2Si2O8 and CaAl2O4-CaAl2Si2O8. Among the principal results, it has been shown that Sr1-x/2Al2-xSixO4 and Ba1-x/2Al2-xSixO4 solid-solutions enable the modulation of long-lasting luminescence properties compared to those of their parent materials, respectively SrAl2O4 and BaAl2O4. Moreover, two transparent and biphasic ceramics, composed of the two new Ba1-x/2Al2-xSixO4 and Ba1+x/2Al2+xSi2-xO8 solid-solutions, were synthetized. Finally, the study of a particular composition close to CaAl2Si2O8 showed the possibility to stabilize a new crystalline phase located in the volume of the sample using an original crystallization process caused by the nucleating agent role played by europium. This last result reinforces the interest of the CaAl2O4-CaAl2Si2O8 pseudo-binary system in order to further synthetize large transparent ceramics via glass crystallization

Depuis les années 1990, les céramiques transparentes de type YAG:Nd suscitent un vif intérêt pour des applications en tant que milieux amplificateurs de lasers de haute puissance. Les céramiques, contrairement aux monocristaux, actuellement employés pour ces applications, peuvent être fabriquées sous la forme de pièces de grande taille avec des architectures complexes. Toutefois, il apparaît que la transparence et les capacités lasers des céramiques sont fortement affectées par la présence de porosité résiduelle générant de la diffusion de lumière. Dans ce contexte, cette étude s’est attachée dans un premier temps à déterminer les mécanismes contrôlant l’évolution de la porosité des céramiques de YAG:Nd à chaque étape du procédé d’élaboration dans le but de l’éliminer. Ce travail a mis en évidence que la porosité résiduelle pouvait avoir des origines diverses, et provenir notamment des caractéristiques des poudres initiales et/ou de l’étape de frittage-réactif qui peut induire dans des conditions mal maîtrisées à un phénomène de séparation pore/joint de grains. Dans un second temps, cette étude a montré que l’emploi d’une poudre d’alumine fine et peu agglomérée, d’une mise en forme des poudres par coulage sous pression et CIP et au final, le recours à une technique de post-traitement de frittage par pressage isostatique à chaud (post-HIP) permettait d’obtenir des céramiques transparentes de YAG:Nd de microstructure homogène et de qualité laser
Since 90’s, transparent Nd:YAG ceramics have received considerable attention as applications as amplifying media of high-power lasers. Contrary to single crystals, commonly used currently for these applications, ceramics can be fabricated into large size with complicated architectures. However, it appears that the transparency and the laser efficiency of ceramics are strongly affected by residual porosity generating light scattering. In this context, in a first step, this study focused to determine mechanisms controlling porosity evolution of Nd:YAG ceramics at each step of process in order to eliminate this one. This work showed that the residual porosity may have various origins, and result in particular of initial powder characteristics and/or reactive-sintering which can induce under certain conditions at a phenomenon of separation pore/grain boundary. In a second step, this study has shown that the use of a fine and few agglomerate alumina powder, a shaping process with pressure slip-casting and CIP and finally the use of a sinter plus Hot Isostatic Pressing technique achieved Nd:YAG transparent ceramics with homogeneous microstructure and laser quality

Afin de répondre à une demande croissante dans le domaine des télécommunications, de nombreuses recherches sont axées sur le développement de systèmes « tout optique » ou électro–optiques pour la détection, le stockage et le transfert ultra-rapides de l’information. Or, les dispositifs actuels souffrent de temps de réponse « longs» (10-9 à 10-10 s) par rapport à ceux mettant en jeu des phénomènes d’optique non linéaire (10-12 s voire 10-15 s), notamment la Génération de Seconde Harmonique (SHG). Parmi un vaste choix de matériaux optiquement non linéaires, les verres à base de TeO2 sont des candidats intéressants en raison de leur réponse non linéaire élevée (50 fois supérieure à la silice vitreuse) ainsi que de leur large domaine de transparence dans le visible ainsi que le proche IR. Par ailleurs, les verres présentent des qualités essentielles pour le développement de ces dispositifs : facilité d’élaboration, faible coût et grande diversité de composition contrairement aux monocristaux. Or, l’absence de susceptibilité non linéaire d’ordre deux dans les matériaux vitreux, du fait de leur isotropie, rend les verres inaptes à générer un doublage de fréquence d’un faisceau lumineux. Au cours de cette thèse, nous avons donc mis en œuvre la réalisation de vitrocéramiques transparentes, par cristallisation in situ ou dispersion de cristaux non centrosymétriques (permettant de générer de la SHG), et ce, par diverses techniques non conventionnelles, les verres tellurites étudiés présentant une cristallisation préférentielle de surface, liée à une nucléation hétérogène. Aussi l’élaboration de céramiques transparentes par cristallisation congruente d’un verre a été explorée
In order to provide an answer to the growing need in means of communication, the research is pushed towards the development of all-optical or electro-optical systems for fast detection, storage or transfer of information. Meanwhile, the actual systems suffers from “long” time-response (10-9 to 10-10 s) compared to those based on nonlinear optical phenomena such as Second Harmonic Generation (SHG). Amongst a wide choice of nonlinear optical materials, TeO2-based glasses are interesting candidates because of their high nonlinear response (50 times that of silica) and their high optical transparency in the visible and near-IR range. Moreover, glasses exhibit essential qualities for the development of such systems : low cost, ease of fabrication and a wide range of chemical composition compared to single crystals. Yet, the lack of second order nonlinear susceptibility in glassy materials because of their isotropy makes them incapable to generate the frequency-doubling of a light beam. Thus, this PhD thesis consisted in the elaboration of transparent glass-ceramics by in situ crystallization or incorporation of non-centrosymmetric crystals (which generates SHG) using non-conventional technics, the tellurite glasses studied showing evidence of surface crystallization due to heterogeneous nucleation. Finally, we also investigated the elaboration of transparent TeO2-based ceramics by congruent crystallization of glass

Les spectroscopies vibrationnelles sont des techniques de caractérisation optique très répandues et utilisées dans de nombreux domaines scientifiques et industriels. Elles bénéficient depuis plusieurs années d’un grand essor, de par les nombreuses innovations technologiques qui les rendent de plus en plus performantes et utilisables sur des nombreux matériaux (cristaux et céramiques, polymères, verres…), molécules (organiques et inorganiques), sous diverses formes (liquide, gaz ou solide), sur des milieux biologiques, naturels, et sur des objets du patrimoine culturel. Les temps de mesures sont désormais compatibles avec des process industriels et les échelles spatiales de mesures tendent vers la résolution nanométrique. Ce livre est un ouvrage collectif et collaboratif entre chercheurs universitaires, CNRS et industriels, utilisateurs de ces techniques et au service de ces spectroscopies. Il s'adresse à un public large et se propose de faire le point à la fois sur la théorie de la spectroscopie vibrationnelle, mais aussi sur la définition, les caractéristiques et la mise en oeuvre de ces diverses techniques à travers des exemples variés d'utilisation.

L’optimisation des processus physiques (couleur, mécanique) et chimiques (réactivité, densification, homogénéité / hétérogénéité) mis en oeuvre dans les Arts du Feu (verres, céramiques, émaux) a conduit très tôt les potiers, verriers et émailleurs à rechercher dans la nature ou à fabriquer, de façon empirique mais efficace, des matières premières ultrafines, nanométriques et même à produire des matériaux nanostructurés. Après avoir expliqué les avantages des particules submicroniques et dressé un bref survol de l’histoire de l’usage des principaux produits nanométriques naturels (argile, amiante, pozzolanes, chaux, os, coquilles. . . ) et synthétiques (particules de cuivre, d’argent, d’or, de semi-conducteurs, de graphites et carbones. . . ) en technologies céramique, verrière et d’émaillage, la nanostructure et les propriétés optiques des premiers dispositifs nano-optiques – les lustres céramiques, IXe siècle – sont explicitées. En conclusion les nouveaux usages des nanoparticules en optique, santé ou matériaux de construction sont abordés.