Contrôle des pièges dans les matériaux à luminescence persistante
(Projet-ANR-18-CE08-0012)

Octobre 2018 - Juin 2023

Partenaire IMN du projet : Stéphane JOBIC  (équipe MIOPS)

Coordinateur :
Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP Paris)
Partenaires :
BreValor Brevalor SARL / Brevalor SARL
Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute température et Irradiation (CEMHTI Orléans)

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Dans les matériaux à luminescence persistante, sous irradiation ultraviolette, il est possible de « stocker de l’énergie » dans des pièges/défauts du matériau. Cette énergie est, une fois l'excitation arrêtée, libérée par une émission de lumière s'échelonnant sur plusieurs heures. La recherche de matériaux innovants sous forme de poudre de taille nanométrique à micrométrique est très active, principalement en Asie, et a tout récemment conduit à des nouvelles applications en bioimagerie. Toutefois, le mécanisme à l’origine de la luminescence persistante n’est pas clairement identifié. Si différents modèles ont été proposés au cours des deux dernières décennies, peu sont corroborés par des techniques expérimentales.

Dans le cadre du projet PERSIST trois groupes de recherche complémentaires (IRCP-Paris, CEMHTI-Orléans et IMN Nantes) et une entreprise (BREVALOR-Suisse) sont réunis pour proposer des avancées dans le domaine. Le but du projet PERSIST est double :

(i) Une meilleure adaptation aux nouvelles exigences d'éclairage LED et au rayonnement solaire. Nous visons si possible à dépasser les propriétés actuelles de luminescence persistante du composé de référence SrAl2O4 de variété monoclinique par son polymorphe hexagonal via différentes substitutions cationiques. Ces dernières permettront de surcroît de varier la couleur de l’émission persistante du bleu ou du vert au blanc.
(ii) Le deuxième volet du projet PERSIST s'appuie sur un effet de volume pour l’absorption et l’émission. Si seulement quelques micromètres de la surface de luminophore participent dans le cas d’échantillons en poudre, en utilisant des matériaux transparents les propriétés de persistance se trouveront exaltées. Le projet PERSIST sera axé sur les vitrocéramiques et une voie originale de cristallisation du verre sera testée, des céramiques et cristaux transparents, et nous avons récemment obtenu un premier résultat pour l'aluminate de strontium monocristallin avec notre partenaire BREVALOR. D'autres matériaux seront élaborés dans le cadre du projet, tels que les spinelles, des grenats ou des aluminates mixtes en vitrocéramique et sous forme de monocristaux par la méthode Czochralski.

Dans ces nouveaux matériaux, les capacités de charge et de décharge seront testées pour des applications intérieures et extérieures. Les processus mis en jeu seront caractérisés par des techniques expérimentales de pointe (RMN, RPE, EXAFS, XANES, photoconductivité, thermoluminescence) et des calculs de structure de bande. Si les applications actuelles de ces matériaux consistent principalement en la signalisation d’issues de secours, d’aiguilles et cadrans de montres et de jouets. Nous envisageons grâce à une luminescence plus intense et une bonne persistance de nouvelles applications en « extérieur » (matériaux de construction, marquage routier …) tandis que les matériaux transparents de grande taille ouvrent sur des nouvelles applications dans le luxe et les bijoux.