Adhésifs polymères conducteurs réversibles pour composants électroniques recyclables
Les composants électroniques contiennent des métaux précieux et toxiques qui sont aujourd'hui difficilement recyclés. Alors que la demande en composants électronique continue de croitre, il devient urgent d‘améliorer la recyclabilité de ces objets. Les circuits imprimés (CI) sont au cœur de l'électronique et contiennent des composants complexes, fixés à des pistes métalliques via des adhésifs conducteurs. Ces adhésifs sont constitués d'une charge métallique conductrice et d'un liant polymérique, généralement thermodurcissable.
S’inscrivant dans une démarche d'économie circulaire, les polymères auto-immolables (ou self-immolative polymers, SIP) pouvant dépolymériser sous stimulus, ont émergé comme des alternatives intéressantes pour assurer la recyclabilité de systèmes complexes.
Dans ce contexte, le post-doctorant.e développera un liant SIP pouvant être utilisé en tant qu'adhésif conducteur pour l’assemblage de circuits imprimés. Après identification des systèmes chimiques les plus prometteurs, différents SIP aux structures variées seront synthétisés et caractérisés afin d’évaluer leurs propriétés mécaniques et thermiques, et leur capacité à dépolymériser sous stimulus. Dans une seconde étape, les SIP les plus intéressants seront formulés en tant qu'adhésif conducteur et utilisés pour l’assemblage de circuits imprimés. La recyclabilité de ces objets finaux sera évaluée.
Post-Doc- Ingénieur Chercheur Caractérisation in-situ couplée à l’électro réduction du CO2
Le sujet s’inscrit dans le cadre du programme d'Economie Circulaire du Carbone en proposant des solutions matures pour la décarbonation de l’industrie basée sur la valorisation du CO2 par voie électrochimique. Le candidat sera en charge de développer un électrolyseur de conversion optimisé du CO2 en CO; molécule clé dans la synthèse de nombreux produits carbonés; via l’intégration de moyens de caractérisation in-situ (type UV-Vis, Infra-Rouge). Le développement de telles cellules « à façon » couplées à cette caractérisation locale doit permettre de mieux comprendre les phénomènes réactionnels, de déterminer les mécanismes de diffusion des espèces dans le milieu électrolytique mais aussi d’étendre l’analyse à l’ensemble du système électrochimique. Ainsi cela permettra d’optimiser le système catalytique mais aussi les différents composants de la cellule (membrane, électrodes, couches de diffusion, électrolyte, acheminement du CO2 gazeux ou liquide) de façon à proposer des designs d’électrolyseurs innovants et performants.
Conception et fabrication de noyaux magnétiques à gradient de propriétés magnétiques
Dans le cadre des missions du CEA/LITEN sur le développement des énergies bas carbone et de l’efficacité énergétique des réseaux, le Laboratoire des Matériaux et Composants Magnétiques (LMCM) développe et fabrique des composants magnétiques haute fréquence (> 100 kHz) pour l'Electronique de Puissance. Aujourd’hui les composants passifs sont parmi les plus encombrants (~30-40% en volume du convertisseur) et ils sont responsables de près de 40 à 50% des échauffements. La diversité actuelle des formes de noyaux magnétiques et des technologies de bobinages permet de réaliser des gains incrémentaux sur l’intégration de ces composants mais une véritable rupture, en termes de compacité, pourrait être obtenue avec des procédés de mise en forme permettant la réalisation d’architectures optimales (en particulier à gradient de propriétés magnétiques) qui pourraient être atteintes à l’aide de la fabrication additive. Il existe alors une nécessité liée au dimensionnement de cette solution par simulation pour définir les caractéristiques cibles pertinentes permettant de passer à la fabrication et aux tests. Le post-doc est dune durée de 2 ans avec un salaire minimum de 40k€/an. Pour plus d'information suivre le lien suivant : https://liten.cea.fr/cea-tech/liten/Documents/Postdoc-Carnot-EF/AMbassador.pdf
Nanocomposite conducteur thermique et isolant électrique pour le management thermique des systèmes batteries imprimés en 3D
L’évolution des technologies de transport et de stockage de l’énergie (technologies charge rapide, batteries à haute densité d’énergie) impliquent une augmentation considérable de la génération de chaleur dans ces systèmes en fonctionnement. De plus, la volonté toujours croissante de miniaturisation des systèmes embarqués réduit constamment l’espace alloué à leur refroidissement, conduisant à l’obsolescence des systèmes de refroidissement par convection forcée (systèmes actifs) et affectent fatalement leurs performances, leur durée de vie et leur fiabilité. Ces différents constats conduisent inévitablement à la nécessité de développer une nouvelle classe de matériaux dissipateurs thermiques via leur propre structure.
La stratégie originale proposée consiste en la fabrication de casing de batterie nomade en nanocomposites conducteurs thermiques et isolants électriques chargés en nanoparticules 1D et 2D avec une rhéologie adéquate au procédé de fabrication additive 3D type fil fondu ((FDM, Fused Deposition Modeling).
A ce titre vous développerez un revêtement isolant en surface des nanocharges conductrices par voie sol-gel et l’influence des différents paramètres de synthèse (T, pH, agent de couplage, taux de précurseur, etc) sur l’homogénéité et l’épaisseur de la coquille seront étudiées et optimisées. De plus afin de diminuer la diffraction des phonons à l’interface nanocharge/matrice une fonctionnalisation de surface sera évaluée. Enfin l’élaboration du nanocomposite, la fabrication des filaments imprimables et la mise en forme par impression 3D fil fondu (FDM) seront étudiées afin d’optimiser le management thermique du système batterie. L ’anisotropie du nanocomposite provenant de la morphologie des nanoparticules associé au procédé d’impression et au design innovant du système passif confèrera à l’ensemble du module une optimisation de gestion thermique.
Recyclage batteries : developpement et compréhension d'un nouveau concept de désactivation des batteries lithium ion domestiques
Le marché des batteries domestiques (équipements électroniques, portatifs, téléphones) connait une croissance exponentielle. D'ici à 2023, ce marché devrait progresser de plus de 30%. Avec l'adoption récente de la nouvelle réglementation européenne sur le recyclage des batteries et l'urgence de développement de nouveaux procédés plus sécuritaires et plus respectueux de l'environnement, il est aujourd'hui nécessaire de développer un nouveau procédé de désactivation des batteries lithium ion domestiques.
Le procédé à développer devra être versatile(adresser les différents types de chimies de batteries), être continu, sécuritaire, contrôlable et économique.
Pour développer ce nouveau concept, une première étape visera à la définition de systèmes chimiques adaptés en utilisant un dispositif laboratoire. Les mécanismes électrochimiques et physico chimiques mis en jeu seront ensuite caractérisés et validés. Enfin quelques tests de validation de la technologie seront réalisés en environnement représentatif sur la plateforme de tests abusifs du CEA.
Nouveaux ELECTRolytes vitrIMERes biosourcés pour des batteries Li métal auto-réparantes et recyclables
Ce sujet de post-doctorat s’inscrit dans le cadre du projet Carnot ELECTRIMER qui vise à réduire l’impact environnemental et à améliorer la sécurité des futures batteries Li métal. Dans ce cadre, le post-doctorant développera un nouvel électrolyte gélifié auto-réparant et extrudable. Pour cela, des monomères biosourcés de génération =2 (i.e. qui n’entrent pas en compétition avec le domaine agro-alimentaire) seront utilisés pour synthétiser la matrice polymère, qui sera ensuite gonflée en solvant vert et non-inflammable. Une chimie réversible propre aux vitrimères sera intégrée sur ce polymère biosourcé, et permettra d’améliorer la durabilité des batteries, en conférant à l’électrolyte des propriétés d’auto-réparation à la température d’utilisation. Cette chimie réversible permettra également d’améliorer la recyclabilité des batteries. Extrudable à environ 100 °C, l’électrolyte développé pourra être facilement isolé à chaud et remis en œuvre, facilitant ainsi la démontabilité des batteries.
Simulation numérique de l'impression 3D de composants bi-métalliques
Ce Post-Doc sera réalisé dans le cadre du projet Européen MADE3D. L'objectif est de construire un modèle numérique du procédé L-PBF bi-matériau, en considérant à la fois les aspects thermiques et mécaniques. Le logiciel ANSYS© sera utilisé pour ce travail. Les résultats numériques seront comparés à des résultats expérimentaux issus d'échantillons qui seront dimensionnés et fabriqués durant ce post-doc.
Conception d’alliages à Haute entropie (thermodynamique prédictive, Machine learning) et fabrication rapide par frittage SPS
Le travail proposé vise à utiliser des méthodes de fouille de données (réseaux de neurones artificiels, Random Forest, processus Gaussiens) combinée avec la thermodynamique prédictive (méthode CALPHAD) pour découvrir de nouveaux alliages HEA dans le domaine à 6 éléments Fe-Al-Ni-Co-Mo-Cr. Des méthodes expérimentales de densification rapide (frittage assisté par courants électromagnétiques pulsés (SPS pour Spark Plasma Sintering)) et de dispense automatisée de poudre seront utilisées pour la fabrication rapide des compositions identifiées. Des méthodes de caractérisation semi-automatisées permettront d’alimenter des bases de données avec des mesures rapides de propriétés physiques (densité, taille de grains, dureté). La prédiction de propriétés d’usage pour deux cas d’application (corrosion par des sels fondus et propriétés mécaniques pour application structurale) sera réalisée et les alliages correspondant élaborés pour validation expérimentale.
Aimants permanents pauvres en terres rares
La transition énergétique va entrainer une très forte croissance de la demande en terres rares (TR) au cours de cette décennie, notamment en ce qui concerne les éléments (Nd, Pr) et (Dy, Tb). Ces TR, classées comme matériaux critiques, sont utilisées de façon quasi exclusive pour produire des aimants permanents de type NdFeB dont ils constituent 30% de la masse.
Plusieurs études récentes, visant à identifier de nouveaux alliages pauvres en TR et présentant des performances comparables à la phase magnétique dense Nd2Fe14B, positionnent les composés ferromagnétiques durs de type TR-Fe12 comme des solutions de substitution crédibles, permettant d'économiser plus de 35% la quantité de TR tout en gardant des propriétés magnétiques intrinsèques proches de celles de la composition Nd2Fe14B. Cependant, les développements industriels de ces alliages ne peuvent pas encore être envisagés du fait de verrous technologiques et scientifiques importants qui restent à lever afin de pouvoir produire des aimants denses de type TR-Fe12 dont la résistance à la désaimantation serait suffisante pour les applications courantes (coercitivité Hc > 800 kA/m)..
Le but du projet post-doctoral proposé est de développer des alliages Nd-Fe12 avec des performances magnétiques intrinsèques optimales et de maitriser le frittage basse températures des poudres nitrurées pour obtenir des aimants denses, avec des coercitivités > 800 kA/m, pour répondre à des applications dans la mobilité électrique.
Deux verrous technologiques et scientifiques ont été identifié:
- la compréhension du rôle des phases secondaires aux joint de grains sur la coercitivité. Ceci permettra d'implémenter le procédé d'ingénierie aux joints de grains, connu pour avoir apporté des améliorations significatives dans la coercitivité pour les aimants NdFeB
- la maitrise de l'étape de frittage des poudres à basses températures, pour éviter la décomposition de la phase magnétique, en utilisant les phases aux joints de grains
Fonctionnalisation de bois par CO2 supercritique
Dans l'optique de substituer les matériaux de construction actuels à fort impact environnemental, le CEA poursuit des travaux de recherche consistant à fonctionnaliser chimiquement des bois issus des filières françaises afin de leur apporter des propriétés leur permettant de concurrencer ces matériaux usuels, ou les bois de construction importés.
Dans ce cadre, la chimie sous CO2 supercritique apparait être un moyen de mener des chimies innovantes tout en limitant l'impact des procédés sur les consommations énergétiques et en limitant les émissions de COV.
Ainsi, vous travaillerez sur le développement de nouveaux procédés de modification chimiques d'essences de bois locales sous CO2 supercritique. Vos responsabilités incluront la bonne tenue du projet de recherche (état de l'art, propositions de chimies adaptées, expérimentations, caractérisations) et des délais et livrables associés.