LANTHANIDE DOPED YVO4 LUMINESCENT NANOPARTICLES : FORMATION MECHANISM AND THIN FILM SPRAY DEPOSITED
NANOPARTICULES LUMINESCENTES D'YVO4 DOPÉ LANTHANIDES: MÉCANISME DE FORMATION ET APPLICATIONS EN COUCHES MINCES
Résumé
YVO4:Eu luminescent nanoparticles can be used individually as biolabels or assembled in thin films. For those two applications, it is known that there is a strong correlation between their nanostructure and their optical properties. Thus it would be very pleasant to be able to control it. In the first part, the nanoparticle formation has been studied through time-resolved X-Ray scattering experiments (SAXS/WAXS) coupled with photoluminescence. The first step of their formation mechanism consists in precipitating a slightly luminescent amorphous phase which contains all the precursors. Then, the YVO4 phase crystallizes in small grains (~4 nm) which appear directly at their final state. We name it pop-corn nucleation. Finally, those grains aggregate in hierarchical nanoparticles (~40 nm). Through this study, we figured out that the final particle nanostructure is strongly linked to the amorphous phase initial structure. In the future, working on the early precipitate could be an efficient way to control the structure at the nanoscale. In the second part, we focused on luminescent and transparent thin films made by nanoparticle spray deposition. As this process involves a drop drying step, we had to deal with the coffee-ring effect. This last one is known to cause anisotropic nanoparticle deposition. At the end, it gives scattering coatings. Hopefully, we were able to suppress it and thus increase the thin films transparency owing to a shape control on the drop deposits. Those results were applied to different luminescent nanoparticles in order to produce the most luminescent and transparent coatings. At the end, we extended our work on films to upconverting materials.
Les nanoparticules d'YVO4:Eu peuvent être utilisées individuellement, en tant que sondes biologiques, ou assemblées, en couches minces par exemple. Pour ces deux applications, la nanostructure de ces objets impacte fortement leurs propriétés. Sa maîtrise serait donc un atout de choix. Dans une première partie, la structuration de ces nanomatériaux au cours de leur synthèse a été suivie par diffusion des rayons X (SAXS/WAXS) couplée à une mesure de fluorescence. La première étape du mécanisme de formation consiste en la précipitation d'un hydroxyde mixte amorphe, filandreux et peu luminescent. Puis, la phase YVO4:Eu cristallise sous forme de grains de 4 nm qui apparaissent directement à leur taille finale ; on parle de nucléation pop-corn. Finalement, ces grains se réorganisent en nanoparticules hiérarchiques de 40 nm. Au cours de cette étude, il est apparu que la structure du précipité initial jouait un rôle important sur la nanostructure des particules. Dans la seconde partie, nous nous sommes focalisés sur les applications de ces particules en couches minces luminescentes et transparentes par pulvérisation. Rapidement, nous avons été confrontés à l'effet tache de café. Ce dernier est coupable de causer des dépôts anisotropes et, par conséquent, des couches diffusantes. En le supprimant progressivement, nous avons pu contrôler la forme des dépôts de gouttes uniques et ainsi faire varier la transparence des films. Ces résultats ont été appliqués à différentes particules luminescentes afin de produire les couches les plus luminescentes et les plus transparentes possibles. Finalement, l'étude a été étendue aux couches à upconversion.
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