Tantalate de lutécium

Tantalate de lutécium
Identification
Apparence	poudre blanche
Propriétés chimiques
Formule	LuO4TaLuTaO4
Masse molaire[1]	419,912 3 ± 0,001 3 g/mol Lu 41,67 %, O 15,24 %, Ta 43,09 %,
Propriétés physiques
Masse volumique	9,81 g·cm^-3
Cristallographie
Système cristallin	Monoclinique
Symbole de Pearson	${\displaystyle mP12\,}$
Classe cristalline ou groupe d’espace	P2c (n^o 13) monoclinique Hermann-Mauguin : ${\displaystyle P~1~2/c~1\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle P2/c\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle C_{2h}^{4}\,}$
Composés apparentés
Autres anions	tantalate d'yttrium, tantalate de gadolinium
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le tantalate de lutécium est un composé chimique, tantalate de lutécium, de formule LuTaO₄. Avec une masse volumique de 9,81 g/cm^3[2], c'est le matériau blanc ne contenant pas de radioélément le plus dense connu (bien que le dioxyde de thorium ThO₂ soit aussi blanc et possède une masse volumique plus élevée, de 10 g/cm³, il est radioactivement instable ; bien qu'il ne soit pas assez radioactif pour en faire un matériau instable, sa faible radioactivité est encore trop importante pour certains usages tels que des phosphores pour détecter des radiations ionisantes). La couleur blanche et la densité élevée de LuTaO₄ en fait un matériau idéal pour une utilisation comme phosphore, bien que le prix élevé du lutécium soit un frein à son utilisation^[3],[4].

Propriétés

Dans des conditions normales, LuTaO₄ a une structure cristalline monoclinique de type fergusonite (notée M' ; symbole de Pearson mP12, Groupe d'espace = P2/a, No 13). Elle peut être transformée en structure I2/a (M) par recuit à 1600 °C. Les deux structures sont stables dans des conditions normales^[5]. Dans la structure M', l'atome de lutécium est en coordination 8 avec l'oxygène et forme un antiprisme distordu avec une symétrie de site C₂. La structure du tantalate de lutécium est identique à celle du tantalate d'yttrium (YTaO₄) et du tantalate de gadolinium (GdTaO₄)^[6].

Le tantalate de lutécium seul est faiblement fluorescent. Une émission brillante est obtenue en incorporant une faible quantité (environ 1 %) de dopants variés de terre rare lors de la croissance du cristal, par exemple, avec l'europium (raie rouge étroite à 610 nm), le samarium (rouge : 610 nm), le terbium (jaune-vert : raies à 495 et 545 nm), le praséodyme (rouge : 615 nm), le thulium (bleu : 455 nm), le dysprosium (orange : 580 nm) ou le niobium (bleu : 400 nm, pic large). L'émission est plus efficacement excitée par des électrons, des rayons X ou de la lumière ultraviolette à 220 nm. La densité élevée de LuTaO₄ favorise l'excitation par des rayons X, qui présentent une absorption plus forte et plus efficace dans LuTaO₄, comparé à d'autres matériaux. LuTaO₄ montre également de la thermoluminescence — il brille dans l'obscurité lorsqu'il est chauffé après avoir été éclairé^[2].

Préparation

Pour préparer un échantillon de tantalate de lutécium, des poudres d'oxydes de tantale et de lutécium (Lu₂O₃ et Ta₂O₅) sont mélangées et recuites à une température supérieure à 1200 °C pendant plusieurs heures. Pour préparer un phosphore, une petite quantité d'un matériau approprié, tel que l'oxyde d'une autre terre rare, est ajoutée au mélange avant le recuit. Après refroidissement, le produit est mélangé à de l'eau, lavé, filtré et séché, fournissant une poudre blanche constituée de particules micrométriques de LuTaO₄^[2].

Références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) G. Blasse, G. Dirksen, L. Brixner et M. Crawford, « Luminescence of materials based on LuTaO4 », Journal of Alloys and Compounds, vol. 209,‎ 1994, p. 1–2 (DOI 10.1016/0925-8388(94)91069-3)
3. (en) Shigeo Shionoya (trad. du japonais), Phosphor handbook, Boca Raton/Boston/London etc., CRC Press, 1998, 921 p. (ISBN 0-8493-7560-6, lire en ligne), p. 846
4. C. K. Gupta, Nagaiyar Krishnamurthy, Extractive metallurgy of rare earths, CRC Press, 2004 (ISBN 0-415-33340-7, lire en ligne), p. 32
5. W. Liu, Q. Zhang, L. Ding, D. Sun, J. Luo et S. Yin, « Photoluminescence properties of LuTaO₄:RE³⁺ (RE³⁺ = Eu³⁺, Tb³⁺) with M′-type structure », Journal of Alloys and Compounds, vol. 474,‎ 2009, p. 226–228 (DOI 10.1016/j.jallcom.2008.06.059)
6. Guokui Liu et Bernard Jacquier, Spectroscopic properties of rare earths in optical materials, Springer, 2005 (ISBN 3-540-23886-7, lire en ligne), p. 505

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