Propriétés optiques de nanoparticules plasmoniques et de cristaux liquides pour applications aux vitrages intelligents.

Abstract

Cette thèse est dédiée à la compréhension et à l’explication des propriétés optiques de nanoparticules d'or et d'oxyde de tungstène dopé au césium. Ainsi qu'à la description des propriétés optiques des défauts cristal liquide à coniques focales toriques et de films composites constitués de nanoparticules dispersées dans ces défauts.Dans ce projet, nous avons détaillé les propriétés de diffusion, d’absorption et d’extinction de nanoparticules de formes différentes et faites de différents matériaux. Après avoir effectué des comparaisons entre des résultats expérimentaux et théoriques pour des particules d’or, nous avons étudié des particules d’oxyde de tungstène dopé au césium. Ce semi-conducteur a connu un intérêt grandissant ces dernières années. Il s’agit d’un cristal uniaxe absorbant sur une grande gamme de longueurs d’onde du visible au proche infrarouge suivant son orientation. L’intérêt autour de ce matériau est la production de particules de forme anisotrope capables d’absorber les rayons infrarouges solaire traversant des vitres de manière contrôlé. Ce type de dispositif a pour but de réduire les échanges thermiques dans la gamme de longueur d'onde du proche infrarouge. Ces vitres sont dites intelligentes puisqu'elles peuvent, par action d'un champ électrique ou par variation de température, filtrer ou non la gamme de longueur d'onde souhaitée. Dans un second temps, nous avons étudié le comportement de la lumière à travers des défauts à coniques focales toriques permettant l’orientation des particules par une transition de phase de la matrice entre isotrope et smectique A. Nous avons proposé un modèle permettant de calculer par ajustement sur des images de microscopie les paramètres des défauts (rayon et hauteur). Nous avons également proposé un modèle théorique afin de comprendre le comportement de la lumière en sortit des défauts. Pour finir, nous nous sommes intéressés aux propriétés optiques du film composite et de sa capacité à absorber la lumière. Nous avons vu qu’une couche fine de 10 micromètres a une fraction volumique en particule faible suffit à absorber une très grande partie du domaine proche infrarouge.