Luminescent hybrid nanomaterials based transition metal clusters : synthesis, shaping and modulation of optical properties

Les matériaux photoluminescents ont un rôle important dans les applications liées à la photonique, l'optoélectronique ou l'éclairage. Leur combinaison avec des polymères conduit à des matériaux fonctionnels polyvalents faciles à mettre en forme. Dans ce contexte, des matériaux hybrides composés d'une matrice organique contenant des clusters métalliques octaédriques fortement luminescents ont été préparés. Ces luminophores présentent plusieurs avantages : une forte luminescence dans le rouge et le proche-IR, un rendement quantique élevé, un large décalage de Stokes et aucun effet de photoblanchiment ou de photoscintillement. Comme matrice hôte, le PMMA et le PDMS ont été utilisés en raison de leurs propriétés optiques, mécaniques et leur stabilité thermique. Cependant, une condition nécessaire pour réaliser les matériaux hybrides est d'introduire de manière homogène l'émetteur inorganique dans le polymère organique afin d'éviter les phénomènes de ségrégations. Pour cela, plusieurs approches d'intégration ont été développées. Les analyses spectroscopiques effectuées sur ces hybrides ont montré leur grand potentiel d’applications. Ceux-ci ont été utilisés pour concevoir un matériau imprimable à la lumière, sans encre et auto-effaçable, lorsque qu’il est combiné à un fluorophore organique ; ainsi que pour l’élaboration de guides d’ondes 1D et 2D. Les guides 1D peuvent être appliqués en photonique intégrée, tandis que les guides 2D combinés à des cristaux liquides conduisent à un nouveau matériau PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) applicable pour des concentrateurs solaires luminescents.Photoluminescent materials are playing a major role in applications related to photonics, optoelectronics or lighting. Combining them with polymers allows the design of easy-to-shape-functional materials with enhanced application versatility. Related to this, hybrid materials composed of an organic polymer matrix containing strongly luminescent octahedral metal clusters were prepared. Octahedral metal clusters have several advantages: a deep luminescence in the red and the near-IR region, a high quantum yield, a large Stokes shift and no photobleaching or photoblinking effects. As organic host matrices, PMMA and PDMS were used because of their optical and mechanical properties in addition to their thermal stability. However, a prerequisite for realizing hybrid materials is to homogeneously introduce the ceramic inorganic emitter in the organic polymer to avoid segregation-phase phenomena. For this purpose, several integration approaches were developed to prepare new hybrid materials. Meanwhile, spectroscopic analysis were performed on these hybrids demonstrating their huge potential. Actually, these hybrids were used to design a self-erasable inkless light-imprinting material when the hybrid is combined with an organic fluorophore, and 1D- and 2D-waveguides. The 1D-waveguides can be applied for integrated photonics while 2D-waveguides combined with liquid-crystals lead to a new luminescent PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) material for Luminescent Solar Concentrator technology