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Optique : des céramiques YAG synthétisées à partir d’un verre

Couramment utilisés pour leurs excellentes propriétés optiques, les matériaux à base de grenat d’yttrium et d’aluminium (YAG) nécessitent cependant des procédés d’élaboration complexes, peu flexibles et souvent très coûteux. Des chercheurs du laboratoire CEMHTI (CNRS/Université d’Orléans) et de l’Institute of Process Engineering de Pékin (Chine) ont synthétisé une céramique nanostructurée YAG-alumine transparente par un procédé original, simple et économique : la cristallisation à pression ambiante d’un verre de même composition. La caractérisation de la nanostructure de cette céramique a été réalisée grâce aux équipements du GPM (CNRS/Université de Rouen Normandie/INSA Rouen Normandie). Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Communications.

Plébiscité pour son utilisation dans les diodes électroluminescentes et les lasers solides, le grenat d’yttrium et d’aluminium, communément désigné par son acronyme anglais YAG (Yttrium Aluminium Garnet), est un matériau cristallin de choix dans le domaine de l’optique. Dopé par des terres rares, il permet notamment d’amplifier la lumière qui le traverse. Des chercheurs du laboratoire CEMHTI (Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation - CNRS/Université d’Orléans), associés à leurs collègues de l’Institute of Process Engineering de Pékin, ont développé une méthode simple d’élaboration d’une céramique transparente nanostructurée à base de YAG :  un procédé de cristallisation nanométrique et contrôlée d’un verre, sous pression atmosphérique. Cette méthode originale pourrait concurrencer les techniques industrielles actuelles, peu flexibles et coûteuses.

La nanostructure de la céramique, de même composition que le verre de départ, a été caractérisée au laboratoire GPM de Rouen grâce à ses moyens et compétences en microscopie électronique en transmission haute résolution (microscope JEOL ARM 200F). La structure de cette céramique transparente Y2O3-Al2O3 est en fait composée de nanocristaux de YAG d’environ 30 nm séparée par de l’alumine cristalline. C’est cette nanostructure qui confère à la céramique la transparence ainsi qu’une dureté de 10% supérieure à celle des monocristaux de YAG, pour un rendement de luminescence comparable. La compréhension de ce couplage de performances optiques et mécaniques ouvre des perspectives très prometteuses à cette céramique transparente, en particulier dans les domaines de la joaillerie, des lentilles optiques et des diodes électroluminescentes (LED) à lumière blanche.
 
Le laboratoire GPM (Groupe de Physique des Matériaux de l’Université de Rouen Normandie, du CNRS et de l’INSA de Rouen Normandie) est spécialisé dans l’instrumentation scientifique et l’étude de la matière aux échelles les plus fines afin d’en expliquer les propriétés. Pour cela, le laboratoire s’adosse sur un parc expérimental conséquent, quasiment unique en France, composé entre autres de sondes atomiques tomographiques et de microscopes électroniques.

Lien vers le site du GPM : http://gpm.univ-rouen.fr/

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