Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux fluorescents nanostructurés pour la détection de composés organiques volatils.
La présence dans les environnements intérieurs de nombreuses substances et agents (géno-)toxiques, infectants ou allergisants à effets pathogènes n’est plus à démontrer. La détection de ces substances dans l’air intérieur est devenue de fait une préoccupation sanitaire majeure pour nos sociétés. Pour répondre à ce besoin et permettre la mise au point de capteurs de « terrain » sensibles et sélectifs, différentes solutions technologiques sont à l’étude. Parmi ces méthodes, celles qui exploitent les phénomènes de fluorescence sont particulièrement intéressantes en raison de leur sensibilité élevée (limite basse de détection) et des possibilités qu’elles offrent de mettre au point des dispositifs bas coût, de faibles dimensions et faiblement consommateur d’énergie.
Le projet proposé s’inscrit dans ce contexte et vise à évaluer les potentialités d’une nouvelle famille de matériaux organiques fluorescents nanostructurés pour la détection de
traces de polluants de l’air intérieur. Le travail proposé sera mené en collaboration avec le Laboratoire de Chimie des Polymères (UMR7610-CNRS/UPMC Paris 6) spécialisé dans la
synthèse d’organogels fonctionnalisés. Il s’agira plus précisément de mettre au point la synthèse de nouveaux polymères supramoléculaires hautement poreux qui serviront soit de support à un matériau fluorescent sensible, soit fonctionnalisés de telle sorte qu’ils puissent assurer directement la reconnaissance et la détection des molécules cibles. Les propriétés physico-chimiques des matériaux ainsi réalisés seront examinées par différentes techniques. Leurs performances en présence des polluants cibles (formaldéhyde, acétaldéhyde) et d’interférents potentiels seront évaluées. Enfin, les matériaux les plus intéressants seront intégrés dans un prototype fonctionnel.
Mise au point de procédés innovants de métallisation pour la fabrication de structures d’interconnexions avancées de cellules solaires
La fabrication de cellules solaires performantes et à coût maîtrisé constitue un enjeu majeur, et mobilise de nombreuses équipes de recherches et industriels dans le monde. De nombreuses solutions technologiques sont actuellement développées et évaluées dans ce but. Ainsi, la limitation de l’ombrage des zones actives par les lignes de métal qui collectent le courant est-elle l’une des voies d’amélioration les plus prometteuses. Cette étude vise à mettre au point un nouveau procédé de fabrication de lignes métalliques étroites en utilisant un dépôt électrochimique en remplacement de la sérigraphie. Dans cette approche, le substrat conducteur est revêtu d’un masque isolant qui définit les lignes, et le métal est directement déposé par électrolyse, sélectivement sur les zones faiblement conductrices (c’est-à-dire les lignes). Les procédés seront à adapter en fonction de la nature des zones faiblement conductrices sur lesquelles devront être réalisés les dépôts électrolytiques.
Modélisation multi-échelle de la structure et la mobilité des petits amas de défauts dans les métaux
L’irradiation par des particules de haute énergie provoque dans les matériaux cristallins la formation de défauts lacunaires et interstitiels. En migrant dans le matériau ces défauts peuvent se recombiner avec leur anti-défaut, s’éliminer sur des défauts étendus (surface, dislocation, joint de grain) ou former des amas de défauts. La structure et la mobilité des amas d’auto-interstitiels est une question encore largement ouverte. Début 2012 nous avons proposé une nouvelle structure tridimensionnelle périodique pour ces amas dans les métaux de structure cubique centrée, par opposition à la morphologie classique de la boucle bidimensionnelle [1]. La structure cristalline sous-jacente correspond à la phase de Laves C15. Ils se forment directement dans les cascades de déplacements et peuvent croître en capturant des auto-interstitiels. Ils constituent ainsi un nouvel élément important à prendre en compte dans les prévisions des évolutions microstructurales des matériaux à base de fer sous irradiation. Le principal enjeu maintenant est d’éclaircir plusieurs questions ouvertes : la stabilité relative des nouveaux amas en comparaison avec les amas traditionnels pour les tailles intermédiaires, les chemins de réaction qui relient les amas traditionnels aux C15, la cinétique d’interaction des nouvelles amas avec les boucles de dislocations, les effets de température finie etc.
Développement d’une mesure de Xe et Kr par « Cavity RingDown Spectroscopy » pour l’amélioration de la sûreté des réacteurs à neutrons rapides
L’augmentation de la demande énergétique mondiale a incité plusieurs pays à travailler sur des réacteurs nucléaires de 4ième génération, économes en minerai, plus sûrs, moins proliférant et générant des déchets moins toxiques. Dans ce cadre, la France doit concevoir le démonstrateur ASTRID, un réacteur à neutrons rapides, refroidi au sodium. Des techniques analytiques innovantes sont étudiées pour améliorer la sûreté et le pilotage du réacteur. L’apparition de faibles quantités de produits de fission xénon et krypton dans le ciel de pile, constitué d’argon, indique une rupture de gaine de combustible. La détection rapide, sensible et sélective (isotopique) de ces gaz rares par la technique CRDS (Cavity RingDown Spectroscopy) est en cours de développement et d’évaluation au CEA Saclay. Cette activité s’insère au département de physico-chimie (DPC) dans le service d’étude du comportement des radionucléides (SECR), dont une des missions est le développement des techniques d’analyse de gaz. Le service collabore avec D. Romanini du LIPhy, à l’Université J. Fourier de Grenoble, pour les mesures de traces par CRDS et OFCEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).
Un banc de mesure CRDS couplé à une décharge luminescente a été mis en œuvre et mesure des fractions molaires inférieures à la partie par milliard de xénon dans l’argon. Pour quantifier les différents isotopes, le candidat devra prendre en compte la saturation optique de la transition dans l’analyse des données expérimentales. Les mesures optimisées et caractérisées pourront être ensuite appliquées au krypton.
A. Pailloux & al., depôt de brevet 11 62436 (2011)
P. Jacquet, A. Pailloux, submitted to J. Anal. Atom. Spectrom. (2013)
N. Sadeghi, J. Plasma Fusion Research 80 (9), pp 767-776 (2005)
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.
Nouveaux Catalyseurs Carbonés Durables pour PEMFC
Le but du projet est de développer et de tester pour l’ORR, un matériau à base d’aérogel de graphène mésoporeux et graphitisé, présentant une structuration hiérarchique permettant un meilleur transfert de matière et des domaines graphitiques augmentant la durabilité et la conductivité du matériau final, et fonctionnalisé par des Pt-NPs.
Ces structures de graphène expansé développées à l’IRIG/SyMMES présentent des chimies de surfaces, des micro/méso/macro porosités dépendantes des méthodes de synthèses, fonctionnalisation et de séchage employées. L’objectif sera d’augmenter leur degré de graphitisation, et ensuite de déposer par voie chimique les Pt-NPs. Les propriétés électrocatalytiques de ces matériaux seront ensuite testées.
La caractérisation méso-structurale avancée par diffusion de rayonnement de ces matériaux permettra de corréler propriétés structurales et propriétés catalytiques de ces nouveaux électro-catalyseurs en système pile à combustible. Ce gain de connaissance passera par des analyses ex-situ, mais aussi operando.
Cellules photovoltaïques CIGS optimisées pour applications de récupération d’énergie en environnement intérieur
L’objectif de ce post-doctorat est le développement de cellules photovoltaïques à base de couches minces de CIGS, pour applications de récupération d’énergie (alimentation de dispositifs électroniques autonomes). Il s’agira d’optimiser les performances des cellules en environnement intérieur, c’est-à-dire sous faible niveau d’éclairement. Outre l’élaboration de couches minces de CIGS par dépôt physique en phase vapeur et leur caractérisation physico-chimique, le post-doctorant sera impliqué dans la réalisation et le test des cellules.
Modélisation thermodynamique des oxydes complexes pour les capteurs intelligents
La recherche de matériaux plus efficaces suit un schéma qui a très peu changé au fil des ans, impliquant des phases peu automatisées de synthèse et de caractérisation. Bien que ce schéma ait prouvé sa force dans la création de bases de connaissances, il reste inefficace car il est chronophage et couvre généralement une gamme réduite de compositions. Le projet Hiway-2-mat (https://www.pepr-diadem.fr/projet/hiway-2-mat/) vise à utiliser des approches combinatoires à haut débit et à développer des configurations autonomes pour explorer les espaces de composition des matériaux d'oxyde complexes, dans le but d'accélérer la découverte de matériaux pour les capteurs intelligents. Dans ce contexte, la méthode CALPHAD est un outil précieux pour l'exploration des matériaux, car elle peut fournir des informations sur le rôle de l'état d'oxydation ou de la pression partielle de l'oxygène sur la stabilité de la phase, et sur le degré de substitution des éléments dopants dans une matrice d'oxyde. L'objectif est de calculer les diagrammes de phase d'oxydes complexes à partir des bases de données disponibles, soit pour mieux préparer les expériences combinatoires, soit pour piloter le robot autonome à la volée, en fournissant des informations supplémentaires pour la caractérisation en ligne.
Votre rôle sera de:
1)Effectuer des simulations thermodynamiques en utilisant la méthode CALPHAD et le logiciel Thermo-Calc pour prédire la gamme de stabilité d'un ensemble d'oxydes complexes (Ba/Ca/Sr)(Ti/Zr/Sn/Hf)O3 à différentes températures et pressions partielles d'oxygène. Le candidat effectuera également un examen critique des données thermodynamiques disponibles dans la littérature.
2)Inclure des éléments clés dans la base de données disponible.
3)Développer une méthode de screening rapide pour rechercher les compositions les plus prometteuses.
4)Collaborer avec l'équipe de développement de la plateforme expérimentale pour orienter les futurs essais.