Élaboration, structure et caractérisation mécanique de verres et de vitrocéramiques oxyazotés mécanoluminescentes du système BaO-SiO2-Si3N4

Résumé

Les verres oxyazotés sont des verres d’oxydes dont une partie des atomes d’oxygène est substituée par des atomes d’azote. Dans cette thèse, plusieurs verres oxyazotés du système BaO-Al2O3-SiO2-Si3N4 ont été élaborés à l’aide d’une installation sous atmosphère contrôlée, et leur structure a été explorée. Leurs grandes propriétés mécaniques (ténacité, élasticité, dureté) découlent d’une distribution homogène de l’azote dans le réseau vitreux, ainsi que d’une augmentation de la densité volumique d’énergie. Puis, les propriétés luminescentes et mécanoluminescentes de cristaux Ba4Si6O16:Eu2+, RE ont été étudiées. Le rôle des lacunes d’oxygène dans le mécanisme de luminescence a été identifié. Cette étude a aussi permis de définir une composition verrière, où le taux de réduction de l’europium a été contrôlé (et déterminé par spectroscopie Mössbauer) en définissant le taux de Si3N4. Une vitrocéramique massive a été obtenue à travers la cristallisation congruente de ce verre, dont la mécanoluminescence a été étudiée à travers plusieurs essais mécaniques. La nature de la contrainte mécanique (compression, traction, cisaillement) a une incidence considérable sur le comportement et sur l’intensité de la mécanoluminescence. Ces observations ont été corroborées par des calculs réalisés par DFT : la position des niveaux d’énergie associés aux lacunes d’oxygène dans la bande interdite dépend de la nature et de la valeur de la contrainte mécanique appliquée.