Synthèse et caractérisations d'aérogels de ZnO et de couches minces nano composites ZnO/silice

Abstract

Le présent travail rassemble plusieurs et différents résultats concernant l'élaboration ainsi que les caractérisations structurale et optique des aérogels de ZnO pur et dopé cuivre ainsi que les nano composites ZnO/silice. L'élaboration des aérogels a été réalisée par le procédé sol-gel associé au séchage dans les conditions supercritiques de l'éthanol. Les films minces nano composites ZnO/silice ont été déposés par les techniques spin-coating et dip-coating sur des substrats en verre. La solution utilisée pour la déposition des nano composites est obtenue par inclusion directe des aérogels de ZnO pur dans la silice à l'état liquide. L'analyse ATG et les études EDAX des aérogels élaborés confirment la grande pureté des échantillons et l'incorporation d'atomes de Cu dans le réseau ZnO. Les spectres d'absorption optique montrent un décalage rouge de la bande interdite due à la fusion d'une bande d'impuretés dans la bande de conduction. Les spectres de photoluminescence à température ambiante des aérogels ZnO pur et dopés montrent une émission UV étroite à 388 nm et une large luminescence visible (490- 650 nm). Le spectre PL visible est formé de deux émissions vertes (510 et 545 nm) et une orange (612 nm). Lorsque la teneur en Cu augmente, l'intensité de photoluminescence visible diminue à cause de la diffusion du rayonnement d'excitation par les atomes dopants adsorbés en surface et du processus de recombinaison non radiatif introduit par Cu. Les films composites de ZnO / silice déposés sont transparents et les cristallites de ZnO dans la silice ont une taille entre 5 et 7 nm. La bande infrarouge de la liaison Zn-O se déplace vers des nombres d'onde plus petits après la dispersion des cristallites de ZnO dans la matrice de silice. Une intense bande due à la vibration Zn-O-Zn a été mise en évidence dans le film élaboré par spin-coating. L'étude de l'effet du recuit sur les propriétés physico-chimiques des nano composites élaborés montre un décalage du spectre d'absorption et de la bande d'émission UV du ZnO dans la matrice de silice vers les faibles énergies avec la température de recuit.