Elaboration et caractérisation de matériaux composites SiCf/SiC à conductivité thermique améliorée
Les matériaux composites SiCf/SiC à matrice céramique sont actuellement envisagés comme matériaux de structure et de gainage des réacteurs nucléaires à neutrons rapides de 4ième génération. Cependant, leur utilisation pourrait être limitée du fait de leur trop faible conductivité thermique en conditions de fonctionnement (< 10 W/mK).
Les composites SiCf/SiC sont aujourd’hui élaborés par un procédé d’infiltration en phase gazeuse (CVI). Afin d’améliorer leur conductivité thermique (réduction de la porosité), il est envisagé de développer un procédé d’élaboration hybride combinant le procédé CVI et un procédé céramique en voie liquide.
L’objectif de cette étude est de déterminer les conditions d’élaboration de la matrice SiC par un procédé en voie liquide, puis de qualifier le comportement des matériaux hybrides aux plans mécaniques et thermiques, notamment par rapport à celui d’un matériau CVI de référence.
Electrode composite négative à base de Nano-silicium pour batteries lithium-ion
Avec l’objectif d’améliorer les batteries de type lithium-ion, de nombreux travaux sont consacrés à la recherche de nouveaux matériaux pour la fabrication des électrodes de grande capacité. Le silicium est un matériau attractif comme élément d’électrode négative en remplacement du carbone graphitique grâce à sa forte capacité qui peut théoriquement atteindre quasiment 3579 mAh/g (Li15Si4), soit dix fois plus que le graphite (372 mAh/g, LiC6). Cependant, un problème majeur qui a empêché le développement de telles électrodes est le fort coefficient d’expansion volumétrique du silicium qui conduit à une dégradation rapide du matériau (craquage, pulvérisation de l’électrode,....) et de ses performances. Dans ce contexte, le travail du post doctorant sera d’explorer les performances électrochimiques d’électrodes négatives élaborées à partir de nanoparticules de silicium, synthétisés au CEA par pyrolyse laser. Le travail consistera à intégrer les nanoparticules dans une architecture d’électrode négative et en tester les performances. Le travail de comprehension s’axera sur la double influence de la nanostructuration des particules de silicium et de la composition/mise en oeuvre de l’électrode composite sur les performances. Ainsi, ce travail se situera à la charnière de deux laboratoires CEA spécialistes des deux points clés de l’étude (Synthèse à Saclay, élaboration et caractérisation de batteries à Grenoble).
Elaboration de nanofils Si pour des applications en microélectronique
La réalisation de capacités intégrées présentant une forte capacité surfacique nécessite un déploiement de la surface des électrodes. Dans ce travail, nous proposons d’augmenter cette surface spécifique en intégrant dans les capacités des nanofils de Si.Une première partie de ce travail sera consacrée à l’étude de compréhension et à l’optimisation du procédé de croissance de nanofils de silicium par CVD. En parallèle, les propriétés des nanofils de silicium obtenus par gravure électrochimique seront évaluées et seront comparés à celles des nanofils obtenues par CVD. Selon les caractéristiques électriques obtenues, différentes stratégies (métallisation, silicuration…) seront envisagées afin d’améliorer leur conductivité électrique.