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Spectro-fluorimètre

Spectro-fluorimètre

Responsable

Florian MASSUYEAU

Equipement

Spectrofluorimétre FLUOROLOG 3 JOBIN-YVON

Principe de la méthode

Certains matériaux luminescents lorsqu'ils sont excités par une énergie du domaine UV-Visible (Photoluminescence ou PL). C'est typiquement un phénomène lié aux transitions électroniques. Par la méthode d'absorption optique, on peut déterminer les énergies du domaine absorbées par le matériau, par passage d'un électron d'un état fondamental à un état excité. Le retour à l'état fondamental se fait le plus souvent par transition non radiative (émission de chaleur) et parfois, par émission de lumière.

Si l'émission s'arrête dès que l'excitation s'arrête, on parle de fluorescence ; c'est le cas le plus courant. Si l'émission continue après arrêt de l'excitation (plus d'un microseconde), alors il y a phosphorescence.

Contrairement à d'autres techniques spectroscopiques, la luminescence permet d'obtenir différents types de spectres :

  • Spectre d'émission : Donne la composition spectrale de l'émission (sa « couleur »)
  • Spectre d'excitation : Pour une émission donnée, permet de déterminer quelles énergies déclenchent cette luminescence. Dans un système très simple où l'absorbeur est l'émetteur (cas du rubis), le spectre d'émission est semblable au spectre d'absorption.
  • Spectre résolu en temps : permet de mesurer la décroissance d'une émission en fonction du temps

Sp315w

 

opale luma

La luminescence verte de cette opale blanche mexicaine est due à l'émission de groupements uranyls (UO2, pics à 504, 524, 545, et 574 nm), très souvent rencontrée dans les opales dites "communes" peu riches en fer. Elle domine alors une luminescence intrinsèque bleue, bien moins intense.

La photoluminescence permet bien entendu le design et l'élaboration de produits luminescents ou phosphorescents, de plus en plus utilisés dans l'industrie pour l'éclairage, le tracage, l'azurage par exemple, sans oublier la signalisation pour la phosporescence. Elle s'applique aussi bien aux échantillons en phase liquide que solide.

La luminescence est un outil puissant pour explorer la matière. C'est une sonde locale de l'environnement des ions émetteurs, qui agissent comme de petites lampes s'adaptant à ce qui les entoure. C'est une méthode extrêmement sensible, qui révèle des concentrations très faibles de défauts, parfois inaccessibles par analyse chimique. Elle permet dans les cas favorables d'identifier la nature du centre luminescent, lorsqu'il est inconnu. Elle permet de découpler le rôle de l'activateur (émetteur) et du sensibilisateur (absorbeur d'énergie, qu'il peut transmettre à l'activateur s'ils sont proches).

 

Caractéristiques techniques

La lumière est produite dans le domaine spectral 200-900 nm par une lampe Xenon émettant en continu (400 W), ou pulsée (150 W) pour les études du temps de déclin de la fluorescence.

Le domaine spectral d'excitation est sélectionné grâce à un double monochromateur d'excitation qui permet d'exciter avec un domaine de longueur d'onde allant de 200 à 700 nm.

La lumière excitatrice atteint l'échantillon, qui émet dans toutes les directions. Le signal d'émission est récupéré selon deux géométries :

  • Right angle : c'est la géométrie classique, ou le signal est recueilli à 90° du faisceau incident.
  • Front face : le signal est recueilli à 22.5° du faisceau incident

Le signal d'émission est « trié » par un simple monochromateur.
Le comptage des photons s'effectue avant et après l'échantillon. Il est fait soit par une photodiode pour les photons incidents, soit par un photomultiplicateur classique dans le domaine 300-850 nm pour les photons émis.

Ces conditions permettent une résolution maximum de 0.2 nm, avec une précision de 0.5 nm.

 SpectroFluo aExemples de thématiques
  • Conception de Pigments luminescents
  • Détection et identification des défauts dans les solides isolants (opales, diamant)
  • Emission de diodes électroluminescentes organiques (OLED)

Publications sur ce thème

  • Ultrafast photoluminescence spectroscopy of exciton-exciton annihilation in oligoaniline filmswith nanoscale ordering
    E. Faulques,V. G. Ivanov, G. Jonusauskas, H. Athalin, O. Pyshkin, J. Wéry, F. Massuyeau, and S. Lefrant
    Physical Review B 74, 075202 (2006)
  • Evidence of temperature dependent charge migration on conjugated
    segments in poly-p-phenylene vinylene and single-walled carbon nanotubes composite films
    E. Mulazzi, R. Perego, J. Wéry, L. Mihut,S. Lefrant, and E. Faulques
    THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 125, 014703 (2006)
  • Fritsch E., Mihut L., Baibarac M., Baltog I., Ostrooumov M., Lefrant S., Wery J. (2001) Luminescence of oxidized porous silicon: surface-induced emissions from disordered silica micro- to nano-structures. Journal of Applied Physics, Vol. 90, No. 9, pp. 4777-4782.
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