Mise en oeuvre de nanomatériaux piézoélectriques pour la réalisation de capteurs et systèmes flexibles grandes surfaces
Le CEA LETI développe des capteurs innovants ultrasouples permettant la mesure de contraintes en exploitant les propriétés piézo-électriques de nanofils de Nitrure de Gallium (GaN) auto organisés. Les étapes de fabrication sont : i) croissance des nanofils, ii) organisation des nanofils, iii) encapsulation, iv) établissement des contacts. Des démonstrateurs ont déjà été réalisés sur de petites surfaces (1,5 cm²) en utilisant la technique du Langmuir Blodgett pour permettre l’organisation des nanofils. Ce projet vise à augmenter la surface des capteurs et à contrôler l’assemblage 1D et 2D des nanofils, en utilisant notamment une technologie au déroulé innovante du CEA LITEN, appelée Boostream®, dont les fonctionnalités sont similaires au LB dans sa configuration de base.
Le but de ce post doctorat est de développer une nouvelle brique technologique pour l’équipement Boostream® afin de permettre une organisation contrôlée des nanofils dans une configuration prédéfinie. Le candidat aura en charge d’optimiser l’assemblage des nanofils,l’obtention du film structuré ainsi que la fabrication, l’intégration et la caractérisation des transducteurs piézoélectriques aux dimensions de 15x15 cm².
Plus généralement, ce post doc donne l’opportunité de développer une connaissance générique pour manipuler des micro ou nanofils ou encore des fibres donnant accès à de nouvelles solutions techniques pour de nombreux domaines applicatifs comme la structuration de surface, la peau électronique, l’énergie…
Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).
Cette étude concerne la synthèse chimique de nanocristaux émettant dans l’infra-rouge et pouvant être intégrés dans des LEDs.
Ces nanocristaux devront être caractérisés par TEM, XRD, EDX, UV-Vis, PL, NMR, FTIR.
Ces composés seront ensuite formulés de sorte à être déposés par jet d’encre.
La personne effectuera les synthèses dans un laboratoire partenaire à l’INAC/LEMOH.
Membranes conductrices protoniques à base de réseaux interpénétrés de polymères pour piles à combustible
Ce sujet se place dans le cadre du développement des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), et a plus précisément pour objectif d’améliorer leur performance et leur durée pour un fonctionnement au-dessus de 100°C à faible humidité relative.
Les membranes perfluorosulfonées de type Nafion® constituent la référence pour la PEMFC du fait qu’elles présentent à la fois une conductivité protonique élevée à l’état hydraté ainsi qu’une bonne stabilité chimique. Néanmoins, leur conductivité protonique à une humidité relative inférieure à 70% chute, notamment au-dessus de 100°C, en raison d’une densité de groupements conducteurs trop faible. Cette caractéristique constitue une limitation majeure pour leur utilisation dans les conditions de fonctionnement propres au cahier des charges de l’application automobile. Avec ce type de polymère, l’augmentation de la densité de groupe sulfonique se traduit par une diminution de la stabilité mécanique et dimensionnelle des membranes. Or, cette stabilité est déjà faible et pose des problèmes de durée de vie. L’objectif de ce sujet est de réaliser de nouvelles structures de membrane à base de réseaux interpénétrés de polymères permettant de lever l’antagonisme entre conduction protonique et stabilité mécanique. Cette stratégie, récemment brevetée par le CEA (brevet n°08 06890), repose sur l’association de deux réseaux de polymères imbriqués l’un dans l’autre, l’un sulfoné conférant les propriétés de conduction et l’autre fluoré conférant la stabilité chimique et mécanique.
Le post-doctorant fabriquera les membranes et caractérisera leurs propriétés mécaniques, de conduction protonique, de perméabilité aux gaz. Il évaluera également leurs performances et leur durée de vie en pile à combustible.
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).
Couplage entre les répartitions d’eau et de densité de courant dans une PEMFC en fonctionnement
L’objectif du travail est d’étudier les couplages entre les répartitions de densité de courant et d’eau dans une PEMFC , afin d’apporter une meilleure compréhension du fonctionnement de ces systèmes en fonction des paramètres de fonctionnement (température, hydratation de gaz, pression, composition du gaz). La distribution de la densité de courant sera mesurée à l’aide d’une installation commerciale fiable. Le CEA a développé une technique non intrusive basée sur la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) afin de quantifier la distribution de l’eau pendant le fonctionnement de la pile à combustible à l’intérieur et à l’extérieur de l’électrolyte polymère. Ces mesures seront effectuées dans les réacteurs à neutrons à haut flux, comme l’Institut Laue Langevin (ILL). Certaines expériences spécifiques d’imagerie résolution neutrons de haute et basse peuvent être également mènent en outre afin d’avoir une vue 3D complète de la répartition de l’eau.
Minimisation des dommages induits par la gravure par plasma sur les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V
Ce projet consiste en l’étude des dommages induits par la gravure par plasma sur les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V, afin de développer des solutions technologiques innovantes capables de les minimiser. Nous cherchons à mieux comprendre par quels mécanismes et dans quelle mesure les procédés de gravure plasma modifient les flancs des motifs de semi-conducteurs III-V et les conséquences que cela induit sur les propriétés optiques des dispositifs. Le semi-conducteur étudié sera l’Al0.17Ga0.83As qui possède d’excellentes propriétés opto-électroniques et un gain paramétrique non-linéaire fort.
Le PostDoc se focalisera sur la compréhension des mécanismes d’endommagement par gravure plasma. Il s’agira de déterminer quels sont les paramètres clés de la gravure plasma qui influencent les changements structuraux et chimiques observés sur les flancs de l’Al0.17Ga0.83As ainsi que les changements des propriétés optiques. Cela nécessitera le développement d’une méthodologie de caractérisation 3D quantitative à l’échelle nanométrique des flancs de gravure, basée sur la microscopie Auger et la cathodoluminescence. L’objectif sera ensuite de corréler les défauts structuraux induits par gravure plasma aux modifications des propriétés optoélectroniques. Enfin, le travail consistera à développer un procédé de gravure plasma permettant de minimiser les dommages induits sur les flancs, en explorant des techniques innovantes et alternatives. Des procédés de restauration et de passivations de ces flancs seront aussi étudiés.
Détection de traces de stupéfiants dans la salive par électrochimioluminescence sur électrodes diamant
La consommation de stupéfiants devient un problème pour la sécurité routière car 23 % des décès routiers en France interviennent dans un accident impliquant au moins un conducteur testé positif. Ainsi, un objectif de la sécurité Routière en concertation avec les ministères concernés (Ministère des Transports, Ministère de l’Intérieur, Ministère de la Santé et Ministère de l’Economie) est d’améliorer la lutte contre l’insécurité routière liée à la consommation de stupéfiants. Il s’agit en particulier pour cela d’augmenter et de faciliter les contrôles routiers à l’aide d’un appareil portable dédié au contrôle de l’usage de stupéfiants en bord de route, à l’image de ce qui se fait déjà pour les tests d’alcoolémie à l’aide d’un éthylomètre. Un tel appareil n’est pas aujourd’hui disponible commercialement. Les prérequis principaux de cet appareil seront de fournir des résultats de confirmation fiables, immédiats et ayant valeur de preuve pour les tribunaux ainsi qu’un coût d’achat compatible avec le déploiement à grande échelle sur les réseaux routiers français. Dans ce contexte, le sujet d'étude proposé vise à étudier la détection possible de traces de stupéfiants dans la salive à partir de la méthode d'électroluminescence sur électrode diamant dopé bore. Cette méthode est jugée prometteuse pour une telle application car elle permet potentiellement d’atteindre des seuils de détection extrêmement bas et en accord avec les besoins législatifs, offre de multiples possibilités visant à atteindre une grande sélectivité envers les cibles chimiques, avec une grande capacité de miniaturisation d’équipement et un coût de revient d’appareil et de matières premières relativement faible en comparaison aux outils analytiques de type spectromètre de masse, IMS, etc.
Recyclage de plastics par l'extraction d'additifs toxiques par solvents verts
Il est important de développer les connaissances scientifiques et de stimuler les innovations en matière de recyclage des plastiques. La très grande variété d'objets en plastique que nous utilisons dans notre vie quotidienne est constituée d'un large éventail de matériaux plastiques couvrant de nombreux polymères différents, de nombreuses formulations différentes. Les objets en plastique sont également utilisés à de nombreuses fins et il est donc nécessaire de disposer de différents moyens pour les collecter, les trier et les traiter.
Les méthodes de recyclage des plastiques sont généralement divisées en quatre catégories : primaire, secondaire, tertiaire et qua-ternaire (voir figure 9). On parle de recyclage primaire ou de méthode de recyclage en circuit fermé lorsque les matériaux après recyclage présentent des propriétés égales ou améliorées par rapport aux matériaux initiaux ou vierges. Lorsque les produits recyclés présentent une diminution de leurs propriétés, on peut s'inquiéter de la méthode de recyclage secondaire ou de la méthode de recyclage en aval. Dans la méthode de recyclage tertiaire (également connue sous le nom de recyclage chimique ou de recyclage des matières premières), le flux de déchets est converti en monomères ou en produits chimiques qui peuvent être avantageusement utilisés dans les industries chimiques. Enfin, la méthode de recyclage quaternaire (également connue sous le nom de recyclage thermique, de récupération d'énergie et d'énergie à partir des déchets) correspond à la récupération des plastiques sous forme d'énergie et n'est pas considérée comme un recyclage dans le cadre de l'économie circulaire.
Divers procédés peuvent être envisagés pour le recyclage chimique, qui présentent différents niveaux de maturité. D'où ce projet qui étudiera la décontamination de diverses formulations de PVC à l'aide de solvants verts, et plus particulièrement le CO2 supercritique.
Optimisation des interfaces Li métal/électrolyte pour les nouvelles générations d’accumulateur tout solide
Le CEA Tech Nouvelle-Aquitaine, créé en 2013, a mis en place, depuis plus de deux ans, un nouveau laboratoire sur le développement de matériaux et sur le criblage haut débit pour accélérer la découverte de matériaux pour les nouvelles générations d’accumulateurs au Li. Pour cela, le CEA Tech Nouvelle-Aquitaine a acquis différents équipements de dépôt sous vide (par pulvérisation, évaporation et couche atomique) intégrés en boite à gants et différents outils de caractérisations automatisées (MEB-EDX, profilomètre, DRX, LIBS et microscope confocal à venir).
L’interface entre le Li métal et l’électrolyte constituent l’un des principaux challenges à surmonter pour les nouvelles générations d’accumulateurs tout solide. Les réactions de décompositions à l’interface associées à un processus de dépôt/retrait des ions Li inhomogènes conduisent à une fin de vie prématurée des cellules. L’une des voies explorées pour la stabiliser est d’utiliser une couche de protection qui doit présenter une multitude de propriétés physico-chimiques. Dans ce contexte, ce projet interne CEA a pour objectif de mettre en place une méthodologie de synthèse combinatoire associée à de la caractérisation « haut-débit » pour accélérer la découverte de nouvelles couches de protection à l’interface Li métal/électrolyte.
Nous recherchons un(e) excellent(e) candidat(e) qui sera en charge de mettre en place toute la méthodologie, de la synthèse jusqu’aux caractérisations physico-chimiques et électrochimiques des matériaux. Elle/il aura à sa disposition des nouvelles infrastructures à l’état de l’art et collaborera avec d’autres laboratoires du CEA localisés au LITEN (Grenoble)