Etudes structurales et propriétés de luminescence de nouveaux composés des systèmes Li2O-B2O3-Ln2O3 (Ln = terres rares)

Abstract

The interest in borates has increased in recent years. The (Y,Gd)BO3: Eu3+ compound is currently used in the new plasma display panels as the red phosphor; Li6Ln(BO3)3: Ce3+ (Ln = raren earth) are a new class of scintillators for neutron imaging. In addition to the previously known borates Li6Ln(BO3)3 and Li3Ln2(BO3)3 the investigation of the Li2O-B2O3-Ln2O3 diagrams revealed the existence of four new compositions : the Li3Ln(BO3)2 borates and the LiLn6O5(BO3)3, LiLn2O2BO3 and Li2Ln5O4(BO3)3 oxyborates. All their structures were solved on single crystals par X-ray diffraction. All oxyborates are characterized by the existence of an assembly of OLn4 tetrahedra, three-dimensional in LiLn6O5(BO3)3, bidimensional in Li2Ln5O4(BO3)3 and LiLn2O2BO3, the (BO3)3- groups and Li+ ions being accommodated in holes or between the layers of these sub-lattices. The luminescent characteristics of trivalent europium, thulium and cerium were studied in order to evaluate their potential use in the previously described applications. Moreover charge transfer emissions of lanthanum and tetravalent cerium were observed.

comme luminophore rouge dans les nouveaux dispositifs de visualisation à panneaux plasma ; le borate Li6(Y,Gd)(BO3)3: Ce3+ est particulièrement approprié pour la détection des neutrons. Outre les borates Li6Ln(BO3)3 (Ln = terre rare) et Li3Ln2(BO3)3 antérieurement connus, l'étude des diagrammes ternaires Li2O-B2O3-Ln2O3 a mis en évidence l'existence de quatre autres compositions : les borates Li3Ln(BO3)2 et les oxyborates LiLn6O5(BO3)3, LiLn2O2BO3 et Li2Ln5O4(BO3)3. Chacune des structures a été résolue sur monocristal par diffraction des rayons X. Une caractéristique des oxyborates est l'existence d'un assemblage de tétraèdres OLn4, tridimensionnel dans les borates LiLn6O5(BO3)3 , bidimensionnel dans les phases Li2Ln5O4(BO3)3 et LiLn2O2BO3 , les groupes (BO3)3- et les ions Li+ se disposent dans des cavités ou entre les couches de ces sous-réseaux. Une étude de la luminescence des ions Eu3+, Tm3+ et Ce3+ a été effectuée afin notamment d'évaluer les performances de ces nouveaux matériaux en tant que luminophores ou scintillateurs. Pour la première fois dans des composés du bore, une luminescence de transfert de charge du lanthane et du cérium tétravalent a par ailleurs été observée.