Programmes en matériaux

Objectifs et travaux

Le principe de la détection photoélectrique est simple et utilisé dans de nombreux systèmes. Il est basé sur la réception d’électron suite à une interaction d’un rayonnement avec la matière, dans notre cas avec des rayons X ou rayonnement UV.

À partir de 2010, nous avons entamé l’étude de matériaux photosensibles pour la détection de rayonnement (UV, X, gamma).

Des travaux préliminaires ont été menés lors de stages de master, puis une thèse a débuté concernant l’'étude des propriétés de luminescence sous UV et rayons X, de solutions solides Ca1-xCdxWO4 et de couches minces de CaWO4 et CdWO4. Une partie importante des travaux de thèse entrent dans le cadre du projet collaboratif appliqué NANOGAMMA.

Des études analogues ont fait l’objet de collaborations internationales avec l’Université Ibn Zohr d’Agadir (2 thèses) sur les systèmes SrWO4-PbWO4, SrMoO4-PbMoO4, BiWO6-LuWO6.Ces travaux ont été soutenus dan le cadre du programme ARCUS-CERES.

Ces solutions solides de tungstates sont susceptibles d'être intégrées dans les nouveaux capteurs de rayonnement, pour pouvoir être utilisées dans différents domaines d'applications tels que la sûreté, l’instrumentation et la mesure sur réacteurs, ou bien encore dans le secteur médical.

Un premier objectif de nos études a été d'établir des corrélations entre l'efficacité de la luminescence, la substitution chimique et le degré de cristallisation résultant des conditions d'élaboration. Un deuxième objectif a été de déterminer l'efficacité des propriétés de luminescence de fines couches de ces matériaux.

Dans le cas des tungstates soumis à excitations UV, la luminescence résulte de « transferts de charges » correspondant aux transferts d’électrons « sautant » des orbitales O2p de l’oxygène, vers les orbitales antiliantes W5d* du tungstène. Cette luminescence est généralement conditionnée par l’existence de défauts locaux, issus des procédés de cristallisation. Les émissions lumineuses résultent en fait de transitions électroniques complexes, et dépendent très fortement des défauts locaux (impuretés, éléments en substitution, insertions, lacunes, distorsions locales…, tailles de cristallites). Ces défauts peuvent être générés à l’issue de traitements thermiques ou des procédés d’élaboration eux-mêmes

L’enjeu actuel est d’intégrer des éléments de type terres rares à des systèmes à base de tungstates et/ou molybdates afin d’accroitre le caractère sensible et sélectif de ces matériaux prometteurs.

Partenariats

Ces travaux ont été impulsés en 2010 par la Société Cesigma & Systems (PME de La Garde) et le CEA de Cadarache, en collaboration avec IBS (Peynier). Ils se poursuivent actuellement dans le cadre de la thèse de Kaouther DERRAJI.

Faits marquants

Ces travaux ont conduit à :

- montrer que la luminescence évolue fortement en fonction de la composition x dans un système solution-solide et de la morphologie du matériau. Une forte augmentation de l'intensité de la photoluminescence sous excitation UV pour une composition spécifique x = 0,8 a été observée dans le système Ca1-xCdxWO4.

- la réalisation d’un démonstrateur pour la détection de rayons X par effet photoélectrique à partir d’un premier dispositif à base du matériau « idéal » CdWO4.

- un film mince de CdWO4 directement déposé par PVD sur un support avec des peignes interdigités permettant ainsi le contact.

materiaux

- la réalisation de photodiodes.

 

Equipements

Les équipements et savoirs faire associés à ces programmes sont de différentes catégories :

Elaborations d’oxydes et céramiques par voies solides et chimie douce :

  • Matériaux pulvérulents
  • Couches minces parvoie chimique et voie physique (sur site de Marseille)
  • Nanostructures avec contrôle de la structure et de la microstructure

Structure, microstructure et interface :

  • Fonctionnalisation de surfaces par auto-assemblage
  • Dépôt de couches organiques par évaporation
  • Préparation de substrats métalliques
  • Analyse de surfaces : Morphologie, rugosité, tensions de surface.
  • Diffraction de rayons X
  • Granulométrie en phase solide
  • Granulométrie en phase liquide

Microscopies électroniques :

  • Microscope électronique à balayage couplé analyse EDS
  • Microscope électronique en transmission couplé analyse EDS

Spectroscopies optiques :

  • Spectroscopie UV-Vis entrée fibrée et sur liquides
  • Spectroscopie IRTF
  • Spectroscopie Raman
  • Spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS)

Analyses thermiques :

  • Etude de décompositions thermiques
  • Détermination d’enthalpies
  • Détermination de changement de structure
  • Détermination de masses molaires
  • Micro DSC si appareil remis en fonction
  • Micro TG

Caractérisations électriques :

  • Dépôt d’électrodes
  • Mesures I(V), C(V)
  • Spectroscopie d’impédance électrique

Caractérisations de matériaux photosensibles ou adaptatifs :

  • Photoluminescence
  • Thermographie infrarouge et systèmes adaptatifs
  • Mesures couplées électriques et optiques en ambiance contrôlée (de l’azote liquide à 600°C, sous atmosphère neutre, air ou vide)

Production scientifique

ACL

  • Bakiz, A. Hallaoui, A. Taoufyq, A. Benlhachemi, F. Guinneton, S. Villain, M. Ezahri, J.-C. Valmalette, M. Arab, J.-R. Gavarri, Luminescent properties under X-ray excitation of Ba(1−x)PbxWO4 disordered solid solution, Journal of Solid State Chemistry 258 (2018) 146–155.
  • Ait Ahsaine, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, F. Guinneton, J.-R. Gavarri, Electrical impedance spectroscopy analyses and optical properties of the bismuth lutetium tungstate BiLuWO6, Ferroelectrics, (2017) 1, 515.
  • Ait Ahsaine, M. Zbair, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, F. Guinneton, J.-R. Gavarri, Effects of lutetium doping on the X-ray-excited luminescence properties of the tungstate Zn1−xLuxWO4, Res. Chem. Intermed. (2017), 43, 885-899.
  • Taoufyq, L. Patout, F. Guinneton, A. Benlhachemi , B. Bakiz, S. Villain, A. Lyoussi, G. Nolibe, J.-R. Gavarri, Study of two tungstates Ca0.5Cd0.5WO4 and Ca0.2Cd0.8WO4 by transmission electron microscopy, Journal of Microscopy, 261 (2016), 1, 14-26.
  • H Ait Ahsaine, A Slassi, M Ezahri, A Benlhachemi, B Bakiz, F Guinneton, JR Gavarri, Electronic band structure and visible-light photocatalytic activity of Bi2WO6: elucidating the effect of lutetium doping, RSC Advances (2016) 6 (103), 101105-101114
  • H Ait Ahsaine, M Zbair, M Ezahri, A Benlhachemi, B Bakiz, F Guinneton, J-R Gavarri, Effects of lutetium doping on the X-ray-excited luminescence properties of the tungstate Zn1− xLuxWO4, Research on Chemical Intermediates (2016) 1-15.
  • Hallaoui, A.Taoufyq, M.Arab, B.Bakiz, A.Benlhachemi, L.Bazzi, J-C.Valmalette, S.Villain, F.Guinneton, J-R.Gavarri, Structural, vibrational and photoluminescence properties of Sr(1-x)PbxMoO4 solid solution synthesized by solid state reaction, Materials Research Bulletin (2016) 79, 121-132.
  • Ait Ahsaine, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, F. Guinneton, J-R, Gavarri, Novel Lu-doped Bi2WO6 nanosheets: Synthesis, growth mechanisms and enhanced photocatalytic activity under UV-light irradiation, Ceramics international (2016) 42 (9) 11516 et 42(7) 8552-8558.
  • Ait ahsaine, M. Zbair, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, F. Guinneton, J-R. Gavarri, Structural and Temperature-dependent vibrational analyses of the non-centrosymmetric ZnMoO4 molybdate, Journal of materials and environmental science (2016) 7, 9 3076-3083.
  • Taoufyq, V. Mauroy, F. Guinneton, B. Bakiz, S. Villain, A. Hallaoui, A. Benlhachemi, G. Nolibe, A. Lyoussi, J.R. Gavarri, Role of the chemical substitution on the luminescence properties of solid solutions Ca(1-x)Cd(x)WO4 (0<x<1), Materials Research Bulletin, 70 (2015) 40-46.
  • Ait ahsaine, M. Ezahri, A.Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, J.C. Valmalette, F. Guinneton, M. Arab, J-R. Gavarri, Structural, vibrational study and UV photoluminescence properties of the system Bi(2_x)Lu(x)WO6 (0.1 # x # 1), RSC Advances, 5 (2015) 96242-96252.
  • Ait ahsaine, M. Zbair, M. Ezahri, A. Benlhachemi, M. Arab, B. Bakiz, F. Guinneton, J-R. Gavarri, Rietveld refinements, impedance spectroscopy and phase transition of the polycrystalline ZnMoO4 ceramics, Ceramics International, 41, 10 (2015) 15193-15201.
  • Hallaoui, A. Taoufyq, M. Arab, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Bazzi, S. Villain, J.C. Valmalette, F. Guinneton, J.G. GAVARRI, Influence of chemical substitution on the photoluminescence of Sr(1-x)PbxWO4  solid solution, Journal of Solid state Chemistry, 227 (2015) 186-195.
  • Taoufyq, F. Guinneton, J-C. Valmalette, M. Arab, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R. Gavarri, “Structural, vibrational and luminescence properties of the (1-x)CaWO4-xCdWO4 system”, Journal of Solid state Chemistry, 219 (2014) 127-137.
  • Ait Ahsaine, A.Taoufyq, L. Patout, M. Ezahri, F. Guinneton, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, J-R. Gavarri. “Structural, microstructural and vibrational analyses of the monoclinic tungstate BiLuWO6”, Journal of Solid State Chemistry, 218 (2014) 124-130.
  • Taoufyq, H. Ait Ahsaine, L. Patout, A. Benlhachemi, M. Ezahri, F. Guinneton, A. Lyoussi, G. Nolibe, J.-R. Gavarri, Electron microscopy analyses and electrical properties of the layered Bi2WO6 phase, Journal of Solid State Chemistry, 203 (2013) 8-18.

Articles de congrès

  • A Hallaoui, A Taoufyq, B Bakiz, F Guinneton, JC Valmalette, S Villain, M Arab, A Benlhachemi, L Bazzi, JR Gavarri, Synthesis, characterization and luminescent properties of Sr1-xPbxWO4 solid solution (x= 0, 0.5 and 1), XII Maghreb Days of Material Sciences, November 2015, Fez, Maroc, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 186 (2017) 012024,
  • Taoufyq, V. Mauroy, F. Guinneton, J.C. Valmalette, T. Fiorido, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, Photoluminescence in solid solutions and thin films of tungstates CaWO4-CdWO4, Advancements in Nucléar Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA), 20-24 avril 2015, Lisbonne, Portugal. IEEE
  • Taoufyq, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Patout, D. V. Chokouadeua, F. Guinneton, G. Nolibe, A. Lyoussi, J-R. Gavarri, Photocatalytic Degradation of Organic Pollutant Reacting with Tungstates: Role of Microstructure and Size Effect on Oxidation Kinetics, World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol:9 No 2 (2015) 376-380.
  • V. Chokouadeu, H. Ait Ahsaine, A. Taoufyq, L. Patout, A. Benlhachemi, M. Ezahri, F. Guinneton, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, Effet de taille et activité photocatalytique des tungstates de bismuth polycristallins Bi2WO6 et Bi2-xCex WO6 (x=0,5 et 1) en milieu aqueux ,  Proceedings of the 4th Edition of the International Congress WATER, WASTE & ENVIRONMENT (EDE4), 18- 20 December 2013, Agadir, Maroc. J. Mater Environ. Sci. 5, S2 (2014) 2550-2554.
  • Taoufyq, H. Ait Ahsaine, L. Patout, A. Benlhachemi, B. Bakiz, M. Ezahri, F. Guinneton, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, The layered Bi2WO6 phase: role of elaboration conditions on structure and luminescence properties, Proceedings of the 4th Edition of the International Congress WATER, WASTE & ENVIRONMENT (EDE4), 18- 20 December 2013, Agadir, Maroc, J. Mater Environ. Sci. 5, S2 (2014) 2522-2526.
  • Ait Ahsaine, A. Taoufyq, A. Ammizira, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, M. Arab, F. Guinneton, J-R Gavarri, Synthesis, characterization and photocatalytic activity of ZnMO4 (M = Mo6+, W6+, Proceedings of the 4th Edition of the International Congress WATER, WASTE & ENVIRONMENT (EDE4), 18- 20 December 2013, Agadir, Maroc, J. Mater Environ. Sci. 5, S2 (2014) 2449-2454.
  • Taoufyq, F. Guinneton, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, Nanoscale Matérials for Radiation Detection, Advancements in Nucléar Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA), 23-27 juin 2013, Marseille, France. IEEE.

Communications orales avec actes (conférences internationales)

  • Derraji, C.Favotto, L. Lucena, G. Nolibe, J-R.Gavarri, A. Lyoussi, F.Guinneton, Synthesis and characterization of nanostructured CoMoO4 : Xchromic and photoluminescence properties, 7th International Conference NANOSEA NANO-structures and nanomaterials SElf-Assembly, 2-6 juillet 2018, Carqueiranne, France.
  • Hallaoui, H. Ait Ahsaine, A. Taoufyq, B. Bakiz, M. Arab, S. Villain, J.C. Valmalette, G. Nolibe, A. Lyoussi, A. Benlhachemi, J.R. Gavarri, F. Guinneton, Multiphase materials for radiation detection, Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA) (2017), 20-24 avril 2017, Liège, Belgique.
  • Taoufyq, V. Mauroy, F.Guinneton, J. C. Valmalette, A. Benlhachemi, A.Lyoussi, G.Nolibe, J.R. Gavarri, Role of chemical substitution in the photoluminescence of tungstate based materials, Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA) (2015), 20-24 avril 2015, Lisbonne, Portugal.
    • Hallaoui, A. Taoufyq, M. Arab, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Bazzi, S. Villain, J.C. Valmalette, F. Guinneton, J.G. GAVARRI, XIIèmes Journées Maghrébines des Sciences des Matériaux JMSM'2015, 19-21 Novembre 2015, Fès Maroc.
  • Ait Ahsaine, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, F. Guinneton, J.G. GAVARRI, « Facile coprecipitation preparation of Lu-Bi2WO6 nanosheets for photocatalytic degradation of Rhdoamine B»; Colloque international “Eau, Recyclage et Valorisation des déchets ERVD3», 28 - 29 Octobre 2015, Fès, Maroc.
  • Ait Ahsaine, M. Ezahri, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, F. Guinneton, J.R. GAVARRI; « Study of the photocatalytic activity of Lu-doped Bi2WO6 nanoflakes synthesized by coprecipitation method »; 8ème Symposium Internationale sur les Phosphates Inorganiques (ISIPM8) et 4ème Symposium Internationale pour l’innovation des matériaux appliqués à l’optique et l’électronique (ISIAMEO4) 13-19 Septembre 2015, Agadir, Maroc.
    • Hallaoui, A. Taoufyq, M. Arab, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Bazzi, S. Villain, J.C. Valmalette, F. Guinneton, J.G. GAVARRI, Influence of chemical substitution on the photoluminescence of Sr(1-x)PbxWO4 solid solution, 8th International Symposium on Inorganic Phosphate Materials, (ISIPM-8), 13-19 Septembre 2015, Agadir, Maroc.
  • Taoufyq, F. Guinneton, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri,  « Nanoscale Materials for Radiation Detection” Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA) (2013) Marseille, France.
  • Taoufyq, H. Ait Ahsaine, F. Guinneton, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, Structural, vibrational and luminescence properties of the Ca1-xCdxWO4 solid solution, 2nd Euro-Mediterranean Conference on Materials and Renewable Energies (EMCMRE2), (2013) Istres, France.
  • Ait Ahsaine, A. Taoufyq, M. Ezahri, A. Benlhachemi, M. Arab, F. Guinneton, J.G. GAVARRI, « Facile synthesis, structural characterization and electrical properties of α-zinc molybdate phase (α-ZnMoO4)”, 3éme Edition du Colloque International de la Céramique (CI-CERAM'3), 03 -04 April 2014, Safi, Maroc.

Communications orales sans acte (congrès nationaux)

  • Taoufyq, L. Patout, F. Guinneton, J-C. Valmalette, A. Benlhachemi, S. Villain, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R. Gavarri, “Elaboration and microstructural studies of luminescent materials based on Ca0.5Cd 0.5WO4 tungstate phase”, 7ème édition  des Journées Franco-Italiennes de chimie (GIFC 2014), 5- 6 mai 2014, Turin, Italie.

Communication par affiche avec actes (conférences internationales)

  • Taoufyq, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Patout, D. V. Chokouadeua, F. Guinneton, G. Nolibe, A. Lyoussi, J-R. Gavarri, Photocatalytic Degradation Of Organic Polluant Reacting With Tungstates: Role Of Microstructure And Size Effect On Oxidation Kinetics, Proceeding, ICCIS 2015 : XIII International Conference on Chemical Industry and Science, 26-27 Janvier 2015, Jeddah, Arabie Saoudite.
  • Taoufyq, F. Guinneton, J-C. Valmalette, M. Arab, A. Benlhachemi, B. Bakiz, S. Villain, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R. Gavarri, “Study of polycrystalline mix system (1-x)CaWO4-xCdWO4: relation between structure, microstructure and luminescence properties”, 5th EuCheMS Chemistry Congress, 31 aout-4 septembre 2014, Istanbul, Turquie.
  • Taoufyq, G. Demol, F. Guinneton, M. Arab, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R. Gavarri, “Temperature dependent electrical properties of the (1-x)CaWO4-xCdWO4 system”, 5th EuCheMS Chemistry Congress, 31 aout-4 septembre 2014, Istanbul, Turquie.
  • Taoufyq, F. Guinneton, J-C. Valmalette, S. Villain, A. Benlhachemi, B. Bakiz, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R. Gavarri, “Multifunctional materials based on tungstate phases: correlation between photocatalytic and luminescence properties”, E-MRS 2014 SPRING MEETING, 27-29 May 2014, Lille, France.
  • Ait Ahsaine, A.Taoufyq, A. Ammizira, M. Ezahri, A. Benlhachemi, M. Arab, F. Guinneton, J-R. Gavarri, «Adsorption and degradation performance of Rhodamine B over the synthetized ZnMO4 (M = Mo6+, W6+) » 1st International Symposium on Nanoparticles/Nanomaterials and applications, 20-22 January 2014, Costa de Caparica, Setubal, Portugal.
  • Bakiz, Taoufyq, A. Benlhachemi, A. Hallaoui, S. Villain, J-C. Valmalette, F. Guinneton, M. Ezahri, J-R. Gavarri, Etudes des propriétés structurales, vibrationnelles et de la solution solide Ba1-xPbxWO4, Matériaux 2014, 25-27 novembre 2014, Montpellier, France.
  • Ait Ahsaine, A. Taoufyq, M. Ezahri, A. Benlhachemi, F. Guinneton, J.R. Gavarri, Photocatalytic degradation of Rhodamine B reacting with bismuth and rare earth tungstates : role of microstructure and size effect on degradation kinetics, Matériaux 2014, 24-28 Nov. 2014, Montpellier, France.
  • Ait Ahsaine, A. Taoufyq, M. Ezahri, B. Bakiz, A. Benlhachemi, L. Patout, S. Villain, F. Guinneton, J.R. Gavarri, Propriétés structurales, microstructurales et vibrationnelles de la solution solide Bi2-xLuxWO6 (0,4≤x≤1), Matériaux 2014, 24-28 Nov. 2014, Montpellier, France.
  • Patout, A.Taoufyq, A. Benlhachemi, F. Guinneton, J-C. Valmalette, J-R. Gavarri, «  Elaboration et étude microstructurale de matériaux luminescents basés sur la phase tungstate Ca0.5Cd0.5WO4», XXèmes journées du Groupe Français de Spectroscopie Vibrationnelle, 21 - 23 mai 2014, Paris, France.
  • Ait Ahsaine, A.Taoufyq, M. Ezahri, A. Benlhachemi, F. Guinneton, J-R. Gavarri, “Photocatalytic degradation of Rhodamine B by nanosized Bismuth tungstate Bi2WO6 powders synthesized by co-precipitation method”, 7ème édition  des Journées Franco-Italiennes de chimie (GIFC 2014), 5- 6 mai 2014, Turin, Italie.
  • V. Chokouadeu, H. Ait Ahsaine, A. Taoufyq, L. Patout, A. Benlhachemi, M. Ezahri, F. Guinneton, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri, Effet de taille et activité photocatalytique des tungstates de bismuth polycristallins Bi2WO6 et Bi2-xCex WO6 (x=0,5 et 1) en milieu aqueux,  4th Edition of the International Congress WATER, WASTE & ENVIRONMENT (EDE4), 18- 20 December 2013, Agadir, Maroc.
  • Taoufyq, F. Guinneton, A. Benlhachemi, A. Lyoussi, G. Nolibe, J-R Gavarri,  « Nanoscale Materials for Radiation Detection” Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications (ANIMMA) 23-27 June 2013, Marseille, France.

 

Programmes collaboratifs en cours