Verre de chalcogénure
Les verres de chalcogĂ©nure sont une famille de verres essentiellement utilisĂ©s en optique active et passive. Ils sont composĂ©s d'Ă©lĂ©ments dits chalcogĂšnes, le tellure, le soufre ou le sĂ©lĂ©nium, et leurs dianions respectifs (tellurure, sulfure, sĂ©lĂ©niure), associĂ©s Ă d'autres Ă©lĂ©ments proches du tableau pĂ©riodique comme le gallium ou le germanium, sous une forme amorphe. Le verre de chalcogĂ©nure est opaque dans le spectre visible et paraĂźt donc souvent noir ou d'aspect mĂ©tallique Ă l'Ćil nu[1].
DĂ©couverts et Ă©tudiĂ©s Ă partir des annĂ©es 1980[2], les verres de chalcogĂšnes et de chalcogĂ©nures sont dĂ©sormais utilisĂ©s dans un grand nombre d'applications pour leur capacitĂ© Ă transmettre dans l'infrarouge et Ă ĂȘtre dopable.
Composition
Famille | Nom du verre | Composition |
---|---|---|
Verres de sulfure | GLS | 70 Ga2S3â30 La2S3 |
GNS | 66 Ga2S3â34 Na2S | |
GGSSb | Ge20Ga5Sb10S65 | |
Verres de chalcogĂ©nure | 2SG | SbâSeâGeâGa |
TeXAs | Te2Se3IAs4 |
Fabrication
Bloc
La fabrication des verres de chalcogĂ©nure est dĂ©licate du fait d'un besoin de puretĂ© trĂšs important dans le verre, mais similaire dans les grandes lignes Ă celui des verres optiques. De façon Ă n'avoir qu'un minimum d'impuretĂ©s Ă base d'oxygĂšne ou d'hydrogĂšne, il est indispensable d'employer des Ă©lĂ©ments de puretĂ© 5N (c'est-Ă -dire de 99,999 %) et de distiller le soufre. Le mĂ©lange et l'utilisation des produits doit de plus s'effectuer sous vide (Ă 1 ĂâŻ10â4 Torr) dans des ampoules de silice prĂ©alablement nettoyĂ©es par :
Cette ampoule contenant les composants du verre de chalcogĂ©nure est ensuite placĂ©e dans un four basculant pour la fonte des matĂ©riaux. La chauffe est plus dĂ©licate que dans le cas des verres classiques ou encore des verres optiques car une surpression de soufre gazeux peut faire exploser l'ampoule. La pĂąte du verre est rĂ©guliĂšrement homogĂ©nĂ©isĂ©e par le basculement du four, tandis que la tempĂ©rature s'Ă©lĂšve jusqu'Ă 800 °C voire 1 000 °C. Le mĂ©lange est ensuite refroidi, trempĂ© et recuit, de la mĂȘme maniĂšre que pour les autres verres optiques[4].
Fibre
Les verres de chalcogĂ©nure pouvant ĂȘtre dopĂ©s sont souvent utilisĂ©s pour rĂ©aliser des fibres optiques. Ces fibres nĂ©cessitent cependant une mĂ©thodologie particuliĂšre de rĂ©alisation afin de prĂ©server le verre d'impuretĂ©s oxydes ou hydroxydes.
Caractéristiques optiques
Indice de réfraction
L'indice de rĂ©fraction des verres de chalcogĂ©nure est en gĂ©nĂ©ral trĂšs Ă©levĂ©, ceci du fait de la polarisabilitĂ© trĂšs forte des ions Te2â, S2â et Se2â[5].
Domaine de transparence
De 2 Ă 22 ÎŒm[1].
Caractéristiques mécaniques
Les verres de chalcogĂ©nures ont des propriĂ©tĂ©s assez mĂ©diocres comparĂ©es Ă leurs homologues d'oxydes. La silice amorphe a par exemple un module de Young de 72 GPa, lĂ oĂč le sĂ©lĂ©nium amorphe dĂ©passe pĂ©niblement les 10 GPa[6]. En rĂšgle gĂ©nĂ©rale, le module de Young des verres de chalcogĂ©nures ne dĂ©passent pas les 40 GPa, et ceci n'est pas dĂ» qu'au fait que leurs tempĂ©ratures de transition vitreuse soient relativement basses par rapport aux verres d'oxydes. Ceci est en fait essentiellement dĂ» au fait que les Ă©nergies de liaison sont plus faibles pour les chalcogĂ©nures que pour les oxydes. Par exemple, les liaisons Ge-Se et Se-Se sont de 215 et 184 kJ/mol, lĂ oĂč la liaison Si-O dĂ©passe 800 kJ/mol[7]. De mĂȘme, la tĂ©nacitĂ© de ces verres est trĂšs faible comparĂ©e aux verres d'oxyde. Dans le systĂšme Ge-Se, la tĂ©nacitĂ© est infĂ©rieure Ă 0.3 MPa.m1/2[8], alors que celle de la silice amorphe est de l'ordre de 0.8 MPa.m1/2.
Applications
Lentille de caméra à vision nocturne, radiomÚtre, transmission de puissance, senseur en spectroscopie infrarouge.
Les verres de chalcogĂ©nures ont Ă©galement des nombreuses applications en tant que dispositifs Ă l'Ă©tat solide. Ils sont par exemple largement utilisĂ©s dans les DVD optiques, et dans le dĂ©veloppement de mĂ©moires pour changement de phase, Ă©galement connus sous le nom de Ovonic Unified Memory (OUM), qui est un type de mĂ©moire d'ordinateur non-volatile Ă haute performance. Ils ont de nombreuses applications en optoĂ©lectronique comme guides d'ondes et fibres optiques, dans la fabrication de cellules solaires peu coĂ»teuses. Les verres chalcogĂ©nures montrent Ă©galement une susceptibilitĂ© non linĂ©aire non rĂ©sonante de troisiĂšme ordre parmi les plus grandes parmi les verres inorganiques. Les matĂ©riaux optiques non-linĂ©aires de troisiĂšme ordre sont largement Ă©tudiĂ©s pour des applications en tĂ©lĂ©communication. Enfin, la durabilitĂ© chimique et la stabilitĂ© dans les milieux agressifs de ces verres permet un certain nombre d'applications de pointe dans le domaine de la surveillance de l'environnement et de contrĂŽle des processus industriels exigeant des mesures sur site et en continu, notamment lorsquâils sont dopĂ©s en mĂ©taux.
Dopage des verres
Une partie des verres de chalcogĂ©nures peuvent ĂȘtre dopĂ©s par des ions de terres rares. Cette famille est trĂšs utilisĂ©e de ce fait en optique active[5].
Notes et références
- http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=13664696
- //books.google.com/books?id=8M2blFbxQLoC&pg=PA255
- //books.google.com/books?id=8M2blFbxQLoC&pg=PA264
- //books.google.com/books?id=8M2blFbxQLoC&pg=PA273
- //books.google.com/books?id=8M2blFbxQLoC&pg=PA267
- Rouxel, T. Elastic Properties and short to medium range order in glasses Journal of the American Ceramic Society, 2007, 90, 3019-3039
- L. Pauling, "The Nature of the Chemical Bond." Ithaca, NY: Cornell University Press. (1960)
- http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00310.x/abstract