Development of rare-earth free hybrid powders « Layered Double Hydroxides-phosphors ». Integration in composite coatings compatible with LED excitation

Ces travaux de thèse ont pour ambition de proposer des solutions alternatives, aux luminophores avec terres rares, offrant des performances convenables pour des applications dans des dispositifs à LED comme l’éclairage mais également la visualisation ou encore le marquage ou la signalétique. Nous nous sommes intéressés à des luminophores organiques mais également inorganiques tels que les quantum dots (QD). Le problème majeur de ces familles de luminophores est leur instabilité sous contrainte thermique et/ou photonique. Aussi, afin de pallier ce problème nous avons choisi d’utiliser des matériaux inorganiques plaquettaires de type « hydroxyde doubles lamellaires » (HDL) comme matrice hôte du luminophore. Les luminophores étudiés sont la fluorescéine, la sulforhodamine B et des quantum dots InP/ZnS. Plusieurs techniques expérimentales ont été utilisées afin de caractériser leurs propriétés structurales et morphologiques (DRX, SAXS, IR, MEB, MET…). Les propriétés optiques ont également été enregistrées (émission, excitation, rendement quantique de photoluminescence, déclins…). Ces travaux ont mis en évidence la plus-value de la matrice HDL qui permet de reproduire un effet de solvatation pour le luminophore organique ou QD dans une matrice solide et de retrouver des propriétés d’émission semblables à celles de ces luminophores en solution diluée. La dispersion dans une matrice silicone est également favorisée et la stabilité de ces revêtements composites (HDL-Luminophore/silicone) sous différentes contraintes est nettement améliorée.These works have the ambition to offer alternative solutions to phosphors with rare-earth elements, displaying suitable performance for LED devices applications as well as signage or display applications. We have been interested in organic as well as inorganic phosphors such as quantum dots (QD). The main problem encountered with these compounds is their relative instability under thermal and/or photonic stresses. Thus, in order to overcome this issue, we decided to use inorganic materials called layered double hydroxide (LDH) as host matrix to protect these phosphors. Several experimental techniques (XRD, SAXS, IR, SEM, TEM…) have been used to characterize structural and morphological properties. Optical properties have also been recorded (emission and excitation spectra, photoluminescence quantum yields, fluorescence decay…). Using extremely small amounts of phosphors, it is demonstrated here that Zn2Al cation-based LDH tethering acts as a «solid solvent» for the dye, enabling its luminescence even in powder form. Additionally, LDH platelets are found to help the dispersion of the dye or QD in silicone to obtain homogeneous composite films, which exhibit luminescent properties. Finally, the stability of composite coatings (LDH-phosphor/silicone) under different stresses (thermal and photonic) is most often improved