Soutenance de thèse de Euan DUNCAN

Ce travail de thèse à découvrir de nouveaux composés fonctionnels à base d’oxydes, en utilisant la cristallisation du verre comme moyen de synthèse original. Ces recherches sont nécessaires pour répondre au besoin croissant de nouvelles phases cristallines à propriétés améliorées, et peut en principe faciliter des évolutions progressives des performances en remplaçant les matériaux actuels. Le diagramme ternaire SrO-Al2O3-SiO2 a été choisi en raison de son large domaine de formation vitreux et de la variété des phases cristallines répertoriées ayant des applications fonctionnelles, en particulier dans le domaine de l’optique. Dans la première partie de ce travail, l’utilisation de la cristallisation de verre provenant de différentes régions du diagramme de phase a conduit à la découverte d'un nouveau composé métastable, Sr12Al20Si12O66. La deuxième partie de ce travail concerne les tentatives d'isoler le nouveau silicate Sr2Si3O8 (découvert précédemment au CEMHTI par une approche récente utilisant le guidage par calcul prédictif) comme matériau entièrement cristallisé et monophasique, facilitant l'exploration de ses propriétés de mécanoluminescence. Ces composés ont été caractérisés de manière multi-échelle (de la maille unitaire à l'échelle du grain) et en température, par des méthodes de diffraction des rayons X et de neutrons sur poudre et par microscopie électronique en transmission à haute résolution en utilisant des instruments de pointe (résolution atomique STEM-HAADF et spectroscopie EELS). Cette approche a permis de résoudre ab-initio la structure du composé Sr12Al20Si12O66. Enfin, les arrangements atomiques locaux dans Sr12Al20Si12O66 ont été étudiés par spectroscopie RMN du solide à l’angle magique (noyaux 27Al et 29Si) couplée à une modélisation DFT, qui ont révélé un ordre partiel inhabituel entre Al et Si au sein des sites tétraédriques de la structure cristalline, qui n'a pas pu être observé directement par diffraction. Les propriétés de luminescence de ces matériaux ont été explorées (en collaboration avec l'institut CSIC de Séville et l'institut de physique (IPR) de Rennes). Alors que Sr2Si3O8 montre une réponse de mécanoluminescence modeste, Sr12Al20Si12O66 s'est avéré avoir une émission de luminescence bleue persistante de longue durée, en plus d'une réponse en mécanoluminescence intense. Les performances de ce nouvel aluminosilicate sont comparables à l’état de l’art.