Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes.

Installée au Département Chimie de l'IUT de Moselle Est, l'antenne du LMOPS (Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes) UMR CNRS 7132 est composée de deux enseignants-chercheurs :
Michel FERRIOL (Professeur des Universités) et Marianne COCHEZ (Maître de Conférences HDR), de deux doctorants et d'un chercheur en post-doctorat.
Deux thématiques de recherche en Science des Matériaux sont développées au sein de l'équipe.

1 - Croissance et caractérisation de fibres monocristallines

La recherche de matériaux optiques de plus en plus performants au niveau du rendement d'émission ou de conversion et générant une large gamme de fréquences sur toute l'étendue du spectre UV/visible/IR passe par l'étude de matrices de composition de plus en plus complexe et faisant intervenir 3, 4 ou même 5 constituants de base. L'élaboration de tels cristaux par des techniques conventionnelles (Czochralski, Bridgman, ...) est généralement longue et coûteuse. D'autre part, plus la complexité en constituants augmente, moins les données bibliographiques concernant la phase à élaborer existent, en particulier, celles concernant son domaine de stabilité en température et composition.

Il est donc particulièrement intéressant de disposer d'une technique de cristallogenèse rapide, peu onéreuse en termes de coût de fonctionnement et permettant de faire varier aisément la composition, voire le dopage, des cristaux élaborés. Ainsi, les conditions de croissance, la stabilité de la composition choisie, la qualité cristalline peuvent facilement être étudiées afin de définir rapidement si la croissance du matériau peut être transposée à une technique conventionnelle (Czochralski, Bridgman...) pour l'obtention de cristaux massifs et leur valorisation.

C'est pourquoi le laboratoire a implanté à Saint-Avold un appareillage de croissance de fibres cristallines par la méthode dite MPDT (Micro-Pulling Down Technique) développée dans les années 1990 à Sendaï au Japon par le Professeur T. Fukuda.

La méthode MPDT

Dans cette technique, illustrée dans la figure suivante, les fibres sont obtenues par cristallisation d'un liquide de composition adéquate s'écoulant d'un creuset en platine (chauffé par résistivité) par un tube capillaire de diamètre adapté à celui de la fibre à élaborer.

Typiquement, les dimensions du creuset sont : 10x5x3 mm3 et le diamètre intérieur du capillaire est compris entre 0,4 et 0,8 mm. Selon la quantité de matière contenue dans le creuset, la longueur des fibres est comprise entre 10 et 150 mm. L'utilisation d'un germe permet d'obtenir un cristal selon une orientation cristallographique bien déterminée.

La photo suivante montre une fibre en cours de tirage :

Différents exemples de cristaux élaborés :

LiNbO3 pur et dopé Fe3+ :

K3Li2Nb5O15 :

2 - Amélioration du comportement au feu des matériaux polymères

Nos habitations et lieux de travail contiennent un potentiel calori?que de plus en plus important sous fomle de matériaux polymères fortement combustibles visant à remplacer des matériaux plus traditionnels (bois, alliages métalliques... .) et à améliorer notre confort (meubles. tapis. jouets. équipements électriques ménager et de loisirs. informatique.. ..). Les sources potentielles d'incendie tendent également in augmenter avec la multiplication des équipements électriques et électroniques.

Dans ces conditions. les réglementations imposent l'utilisation de matériaux présentant une stabilité thermique et des propriétés retard au feu de plus en plus performantes. Cette évolution vers un plus grande sécurité limite sérieusement l'utilisation de nombreux matériaux et entraîne également le rejet de solutions largement utilisées jusqu'à ce jour et en particulier. les retardateurs de halogénés.

Le but de nos travaux est de rechercher. étudier et meure au point de nouvelles solutions sans halogènes, plus amicales pour l'environnement. Nous nous sommes orientés vers des systèmes incorporant des oxydes métalliques nanométriques (composés lamellaires. oxydes sphériques....) en synergie avec des composés retardateurs de commerciaux à base de phosphore (polyphosphates, phosphinates, phosphonates métalliques.... ). Ces formules retardatrices de flamme doivent être faciles à mettre en œuvre, peu onéreuses et présenter des propriétés retard au feu équivalentes aux formules halogénées qu'elles doivent remplacer.

 

 

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