Etude et réalisation de composites C/SiC
Nous recherchons, pour différentes applications, des matériaux qui possèdent des propriétés mécaniques élevées à haute température (1000°C ou plus) et résistant à l’oxydation. La famille des matériaux Composites à Matrice Céramique (CMC), en particulier les C/SiC, semble la plus pertinente vis-à-vis de notre besoin. Cependant, il est nécessaire de mener des études pour déterminer les solutions les plus performantes parmi la grande variété des types d’architectures fibreuses et des microstructures de matrice possibles, tout en tenant compte des contraintes liées aux procédés disponibles et aux géométries visées. Ces travaux seront menés en relation avec d’autres laboratoires du CEA.
Mousses de lixiviation pour l’extraction de métaux des déchets électroniques
Le sujet s’insère dans le projet ANR "Foamex" couvrant les TRL 1 à 5 sur une développement de recyclage des métaux majoritaires d’un broyat de cartes électroniques, ce recyclage s’effectuant dans une mousse fluide (minimisation du volume de solvants) que l’on peut considérer au premier niveau comme une colonne de chromatographie dynamique. Le principe étant d’utiliser la mousse comme un réservoir contenant une solution acide et des agents oxydants spécifiques pour dissoudre et extraire les métaux sous forme d’espèces ioniques, un phénomène exalté par la friction entre bulles et simultanément de les concentrer via les interfaces liquide/air fluides et mobiles par entrainement.
Electrodes négatives nanostructurées pour batteries magnésium-ion
Le sujet s’inscrit dans un projet ANR portant sur le développement d’électrodes négatives pour les accumulateurs électrochimiques magnésium (Mg)-ion. Le magnésium apparaît comme une excellente alternative au lithium en raison de sa forte capacité spécifique, son faible coût, son abondance sur Terre et sa faible réactivité. Cependant, les électrolytes conventionnels interagissent fortement avec le magnésium métallique pour former une couche de surface bloquante à la surface du Mg métallique, inhibant les réactions électrochimiques réversibles. Une solution intéressante pour pallier à ce problème est le remplacement de l’électrode en Mg métallique par un matériau compatible avec des solvants et solutions électrolytiques présentant de larges fenêtres de stabilité électrochimique. Les composés d’alliages avec le Mg possèdent une stabilité appropriée dans les électrolytes classiques, des potentiels légèrement plus élevés que le Mg métallique pur mais des capacités spécifiques plus faibles. Dans le cadre d’un projet ANR, le laboratoire LEEL développe de nouveaux composés d’alliage pour ces batteries et cherche à les nanostructurer afin de résoudre les problèmes d’expansion volumique et de diffusion lente des ions lors de l’alliage avec le Mg.
Dans ce projet, le/la post-doctorant(e) sera en charge dans un premier temps de la compréhension fondamentale de la réactivité vis-à-vis des électrolytes des alliages développés au laboratoire via notamment des mesures par impédance et XPS. Dans un deuxième temps, il s’agira d’optimiser les formulations d’électrode et d’électrolyte via la comparaison systématique des performances en demi-cellule. Finalement, des cellules complètes Mg-ion seront réalisées avec les meilleurs couples électrode/électrolyte.
Spectroscopie de centres colorés de l’AlN
L’étude de l’émission optique de centres profonds dans les semiconducteurs est devenu un sujet important dans le cadre général du traitement quantique de l’information et des nano-capteurs, l’émetteur le plus étudié étant le centre N-V du diamant. Récemment, le potentiel de défauts dans de nouveaux matériaux a été évalué, par exemple dans le GaN et le BN. Par contre, le potentiel de l’AlN pour ces applications n’a encore que très peu été exploré, malgré les nombreux avantages que ce matériau présente : il peut être épitaxié, des substrats bulk de haute qualité sont disponibles, il peut être gravé pour former des microcavités de haute qualité optique.
Dans ce post-doc de 12 mois, nous proposons d’explorer les propriétés optiques de centres profonds dans l’AlN. Nous étudierons en particulier par microphotoluminescence et luminescence résolue en temps différents types d’AlN : couches minces d’AlN sur silicium, couches plus épaisses d’AlN sur saphir, des ensembles de nanofils et des nanofils uniques.
Caractérisation structurale, réactivité et propriétés physico-chimiques de suspensions colloïdales de Pu(IV)
Le Pu(IV) présente la propriété d’être fortement sujet aux phénomènes d’hydrolyse et de conduire à la formation de suspensions colloïdales de Pu(IV) extrêmement stables (ou colloïdes intrinsèques). Le manque de connaissances concernant la spéciation et la réactivité de ces colloïdes de Pu nuit à la proposition de modèles fiables permettant de prédire leur comportement dans les systèmes industriels et environnementaux. Le comportement de ces espèces vis-à-vis de la dissolution, de la complexation, ou de l’agrégation a été très peu décrit dans la littérature. Il apparait ainsi essentiel d’étudier et de caractériser les colloïdes de Pu(IV) et notamment leurs propriétés de charges de surface qui assurent leur stabilité et leur interaction avec leur environnement. Ce projet en rupture et inédit dans le domaine du nucléaire vise l’étude et la caractérisation de suspensions colloïdales de Pu(IV) dont la taille, la concentration et le milieu de dispersion peuvent être contrôlés par notre approche. Il comprend : (i) la préparation de suspensions colloïdales de Pu(IV) intrinsèques et l’étude de leur réactivité (sono-)chimique ; (ii) la caractérisation électrophorétique de différentes suspensions colloïdales ainsi que l’étude de leur comportement sous l’influence d’un champ électrique ; (iii) la caractérisation de leurs propriétés structurales multi-échelles par diffusion aux petits et grands angles (SAXS/WAXS) couplée à des mesures EXAFS/XANES (ligne MARS, synchrotron SOLEIL).
Jonction tunnel pour LEDs UV: caracterisation et optimisation
Au-dela des lampes UV actuelles, les LEDs émettant dans le domaine de l’UV-C (autour de 265 nm) sont considérées comme la solution à moyen terme pour les systèmes de traitement de stérilisation de l’eau. Mais les LEDs UV-C, à base de matériaux du type AlGaN et de leurs hétérostructures à puits quantiques sont encore de trop faible efficacité pour leur utilisation dans des systèmes industriels.
L’analyse des raisons qui sous-tendent cette faible efficacité nous ont amenés à proposer une solution basée sur l’utilisation de jonctions tunnel insérées dans l’hétérostructure. L’utilisation de jonctions tunnel p+ / n+ permet d’adresser les problèmes liés au dopage des matériaux grands gaps, mais donne lieu à une résistance tunnel qui doit être diminuée autant que possible. Le travail post-doctoral est dédié à la compréhension des processus tunnel à l’œuvre dans la jonction pour un meilleur contrôle de la résistance tunnel.
Le travail post-doctoral sera effectué sur la Plate-Forme de Nano-Caractérisation au CEA/ Grenoble, en faisant appel à différents types de caractérisation structurale, optique et électrique, sur de simples jonctions ou sur des jonctions insérées dans les LEDs UV. Le (la) candidat(e) interagira fortement avec l’équipe du CNRS/CRHEA à Sophia Antipolis où seront épitaxiées les structures. Le travail s’inscrit dans le cadre d’un projet collaboratif « DUVET » financé par l’ANR.
Composites nano-silicium/graphène pour batteries lithium-ion à haute densité d’énergie
Le sujet s’inscrit dans un projet H2020 inclus dans le Core 2 du Flagship Graphene (2018-2020), portant sur les applications du graphène dans le stockage de l’énergie. Pour les batteries Li-ion, le graphène est associé en composite avec du silicium nano-structuré pour augmenter la capacité énergétique. Le graphène enrobe le silicium, réduisant sa réactivité avec l’électrolyte et la formation de la couche de passivation (SEI), et maintient une conductivité électrique élevée dans l’électrode.
L’étude porte sur 2 technologies : l’optimisation de composites graphène-nanoparticules de Si déjà explorés dans ce projet, et la mise au point de composites inédits graphène-nanofils de Si pour comparaison. Elle sera menée dans deux laboratoires du CEA en étroite collaboration : au LITEN (recherche technologique) spécialisé dans les batteries pour le transport, et à l’INAC (recherche fondamentale) spécialisé dans la synthèse de nanomatériaux.
Le/la postdoc fera la synthèse des nanofils de Si pour ses composites par le procédé de croissance en masse récemment breveté à l’INAC. Elle/il sera en charge de la formulation des composites selon le savoir-faire du LITEN et de leur mise en œuvre en pile bouton pour tests en cyclage. Il/elle mènera une comparaison systématique du comportement électrochimique des deux types de composites à base de nanoparticules et de nanofils. La comparaison s’appuiera sur une étude du mécanisme de perte progressive de capacité et de formation de la SEI grâce aux outils de caractérisation disponibles au CEA Grenoble et dans le consortium du projet : diffraction X, microscopie électronique, spectroscopies XPS, FTIR, RMN. Elle/il participera aux travaux du consortium international (Cambridge UK, Gênes Italie, Graz Autriche).
Le contrat postdoctoral est attribué pour 2 ans.
On recherche un docteur en sciences des matériaux avec expérience en nanocaractérisation, nanochimie et/ou électrochimie.
Les candidatures sont attendues avant le 31 mai 2018.
Etude in situ à l’aide du rayonnement synchrotron de la croissance de graphène sur catalyseur métal liquide
The postdoctoral research project is part of a four-year European FET-Open project called LMCat (http://lmcat.eu/) bringing together five European labs, including the ESRF and the CEA-INAC, to develop the growth of defect-free two-dimensional materials by liquid-metal catalytic routes. A central lab will be established at the ESRF to develop an instrumentation/methodology capable of studying the ongoing chemical reactions on the molten catalyst. The growth by chemical vapor deposition at high pressure and temperatures will be characterized in situ, by means of two main techniques: Raman and X-ray scattering (Grazing Incidence X-Ray Scattering and Reflectivity). It will be complemented by theoretical calculations performed in Munich. The successful candidate will be in charge; together with a PhD student, of the in situ synchrotron X-ray scattering measurements, using the ESRF ID10 liquid scattering beamline (http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/CBS/ID10) and the P08 beamline of PETRA-III (photon-science.desy.de/facilities/petra_iii/beamlines/p08_highres_diffraction/index_eng.html), in Desy.
You should hold a PhD in physics, chemistry or material science or closely related science. Previous experience of complex instrumental environment, MBE or CVD growth methods and / or with synchrotron X-ray scattering / diffraction / reflectivity, especially on liquids, will be an advantage. You should be motivated to work with an international team of young researchers with an experimental setup at the forefront of instrumental development, and ready to travel in Germany (Hambourg) for extended periods to perform some of the experiments. A good practice of English is mandatory. You should also have:
This is a full time, 3 year contract.
Please submit a 1 page cover letter stating the motivation, research experience and goals, ; a curriculum vitae, and contact information for 3 references.
Simulation de nanofils semi-métalliques
La mission du candidat sera :
• Simulation utilisant des outils ab-initio de la structure de bandes de nanofils de bismuth de différent diamètres (de 1 nm à 10 nm).
• Extraction de paramètres tes que masses effectives, densité d’états, band offsets pour ces nanofils.
• Implémentation de ces paramètres dans un simulateur NEGF pour simuler des transistors en nanofils de bismuth à diamètre variable.
• Simulation ab-initio de l’interface nanofil de bismuth – diélectrique et étude de différents éléments de passivation chimique.
• Ce travail se fera en collaboration avec le groupe LETI/DCOS/SCME/LSIM (Philippe Blaise)
• Le candidat interagirera avec une équipe expérimentale qui fabriquera les dispositifs simulés et sera amené à aider à encadrer un ou plusieurs doctorants, en collaboration avec IMEP.
• Le candidat interagirera avec le LTM pour les aider à prédire les propriétés de l’interface bismuth-isolant de grille et pour implémenter dans le simulateur les résultats de mesures sur ces interfaces (IMEP).
Simulation de l’échange thermique entre fluide et structure dans des canaux turbulents
En ce moment il y a un effort considérable en Europe dans le domaine des Grands Lasers de puissance, de l’ordre du PetaWatt, avec des taux de répétition élevés (de 1 à 10 Hz) : sans parler du programme MegaJoule à Bordeaux, et du laser « Petale » - où le taux de répétition est cependant très bas – , de grands projets sont en cours en Europe Orientale avec les 3 projets « ELI », en France avec le laser « Apollon » (10 PW) , tous projets de lasers PW répétitifs pour la science et les applications. Ces grands projets entrainent – et exigent – une maitrise parfaite des défis technologiques que posent les grands lasers. Aux forts taux de répétition, la thermique est un des défis les plus importants.
Pour le relever, et préparer l’avenir, le CEA (Grenoble et Saclay, avec une collaboration du LEGI à Grenoble) a décidé de lancer un programme de R&D avec les tâches suivantes : (i) simulation du refroidissement d’amplificateurs lasers ; (ii) validation expérimentale des calculs ; (iii) conception d’un système de refroidissement adapté aux futurs lasers de puissance à fort taux de répétition : pour cela, l’hélium gazeux à basse température est un fluide particulièrement intéressant pour les raisons suivantes : 1. Travailler à basse température permet de maximiser la conductivité thermique des matériaux amplificateurs, en sorte que la température y soit bien homogène, condition sine qua non pour garder la cohérence du faisceau. 2. En outre, l’efficacité de l’amplification est supérieure lorsque l’on travaille à basse température (50 – 150 K). La maitrise de la température des amplificateurs se fait par l’échange thermique entre le fluide caloporteur et les amplificateurs.
Le post doctorat proposé se situe au niveau de la tâche (i) : simulation du refroidissement des amplificateurs et de l’écoulement de fluide caloporteur.