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Etude de dispositifs électroniques à base de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels

Spécialité

Physique des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

30-04-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

DERYCKE Vincent
+33 1 69 08 55 65

Résumé/Summary

Le stage a pour objectifs de synthétiser des monocouches atomiques de MoS2 (un matériau semiconducteur bidimensionnel) et d'étudier les propriétés électroniques de ces nano-objets en les intégrant dans des transistors

Sujet détaillé/Full description

Le stage s'intègre dans un projet de recherche qui associe une équipe du GeePs (Centrale-Supelec) et le laboratoire LICSEN du CEA à Saclay. Le projet global, financé par le Labex Nano-Saclay, vise à étudier les propriétés électroniques de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels (typiquement des monocouches de MoS2) en couplant des mesures électriques sur des micro/nano-dispositifs à leur observation par des techniques d'analyse en champ proche électrique dérivées de la microscopie à force atomique.

Dans ce contexte, l'étudiant recruté au CEA-Saclay/LICSEN aura pour missions de:
1. Synthétiser des matériaux bidimensionnels par CVD en contribuant à améliorer un protocole déjà opérationnel
2. Caractériser en détails les matériaux synthétisés (AFM, MEB, XPS, BALM, etc.)
3. Les intégrer dans dispositifs de type transistors à effet de champ en utilisant des techniques de micro-fabrication (lithographie électronique notamment)
4. Etudier les performances électriques de ces dispositifs

Les transistors seront fabriqués en respectant les contraintes des autres axes du projet. En particulier, ils seront adaptés aux études en champ proche électrique par KFM (Kelvin Force Microscopy) réalisées au GeePs (pas par le stagiaire).

Le stagiaire de Master 2 participera à tous les aspects du projet. Il sera ainsi amené à présenter ses résultats aux réunions d'avancement et à renforcer les différents aspects de son profil (étude bibliographique, travail expérimental, analyse, reporting, etc.). Des compétences au niveau master dans au moins un des domaines suivants seront indispensables: physique des semiconducteurs, caractérisation de nanomatériaux, méthodes de fabrication de nano-dispositifs, mesures électriques de précision, ainsi bien sûr qu'un très haut niveau de motivation.

Informations complémentaires et candidatures: vincent.derycke@cea.fr

Mots clés/Keywords

Nanosciences, nanodispositifs, MoS2, AFM/KFM, transistors, CVD

Compétences/Skills

CVD, AFM, MEB, XPS, lithographie optique et électronique, mesures électriques
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Fonctionnalisation des nanotubes de carbone et du graphène pour l’électronique organique et l'électrocatalyse
Functionalization of carbon nanotubes and graphene for organic electronic and energy applications

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

04-03-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Le but de ce projet est de développer des nouvelles méthodes de fonctionnalisation des nanomatériaux carbonés comme les nanotubes de carbone et le graphène en vue de faire émerger des applications en électronique et pour les nouvelles énergies (electrocatalyse, opto-electronique, spintronique, etc...)
The aim of this project is to develop new methods of functionalization of carbon nanomaterials such as carbon nanotubes and graphene to bring out applications in electronics and new energy (electrocatalysis, optoelectronic, spintronic, etc ...)

Sujet détaillé/Full description

Le but de ce projet est de développer des nouvelles méthodes de fonctionnalisation des nanomatériaux carbonés (nanotubes de carbone et graphène) possédant à la fois les avantages des méthodes covalentes (stabilité des assemblages, facilité de purification et de manipulation) et celles des méthodes non-covalentes (conservation intacte du système π-conjugué des nanotubes/du graphène) sans les inconvénients respectifs de ces deux méthodes.
Les propriétés physiques et physico-chimiques exceptionnelles des nanotubes de carbone et du graphène en font des matériaux prometteurs pour la réalisation de matériaux composites, de dispositifs électroniques et de capteurs, pour la réalisation de cellules photovoltaïques et pour des applications biomédicales. L’un des problèmes majeurs quant à l’utilisation de ces nanomatériaux carbonés est leur très faible solubilité en milieu aqueux ou dans les solvants organiques, ce qui rend extrêmement délicat leur manipulation. Dans le but double de résoudre ce problème et d’introduire de nouvelles fonctionnalités à la surface de ces matériaux, deux méthodes de fonctionnalisation chimique ont été largement étudiées dans la littérature :
1. La fonctionnalisation covalente du squelette de carbones π-conjugué des nanotubes ou du graphène via des réactions chimiques.[1,2]
2. La fonctionnalisation non covalente basée sur l’adsorption de composés polyaromatiques ou de surfactants via des interactions de type « π-stacking » ou hydrophobes.[3-5]
Chacune de ces méthodes est efficace et leur utilisation dépend de l’application finale visée. La fonctionnalisation covalente est efficace pour rendre les nanotubes solubles dans le solvant de son choix (en fonction des groupements chimiques introduits) et/ou pour introduire de manière stable de nouvelles fonctions à leur surface. Récemment, nous avons développé une méthode de fonctionnalisation basée sur la polymérisation en micelle. Cette méthode combine les avantages des méthodes de fonctionnalisation covalente et non-covalente sans leurs inconvénients respectifs.[6,7]
L’intérêt de ce projet va bien au-delà de la simple fonctionnalisation de nano-objets : d’un point de vu fondamental, ces travaux vont permette d’étudier la façon dont les molécules interagissent et se déposent à la surface des nanomatériaux. Le contrôle de ces propriétés peut permettre de maximiser certaines interactions et favoriser, par exemple, le tri des nanotubes de carbone en fonction de leur chiralité. D’un point de vu plus applicatif et en fonction des matériaux qui vont interagir avec les nanotubes/graphène des applications dans le domaine du photovoltaïque, de la catalyse,[7] de l’électronique et la spintronique moléculaire[8] sont visés.
Pour ce projet le/la candidat(e) devra posséder une solide formation en chimie organique. Le projet sera réalisé en collaboration avec des physiciens ; le/la candidat(e) doit également avoir un gout prononcé pour le travail multidisciplinaire.

Postuler par e-mail, CV et lettre de motivation à :
stephane.campidelli@cea.fr

Références :
[1] P. Singh, S. Campidelli, S. Giordani, D. Bonifazi, A. Bianco and M. Prato, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 2214.
[2] G. Clavé and S. Campidelli, Chem. Sci., 2011, 2, 1887.
[3] N. Nakashima, Y. Tomonari and H. Murakami, Chem. Lett., 2002, 638.
[4] D. A. Britz and A. N. Khlobystov, Chem. Soc. Rev., 2006, 35, 637.
[5] Y.-L. Zhao and J. F. Stoddart, Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1161.
[6] G. Clavé, G. Delport, C. Roquelet, J.-S. Lauret, E. Deleporte, F. Vialla, B. Langlois, R. Parret, C. Voisin, P. Roussignol, B. Jousselme, A. Gloter, O. Stephan, A. Filoramo, V. Derycke and S. Campidelli, Chem. Mater., 2013, 25, 2700.
[7] I. Hijazi, T. Bourgeteau, R. Cornut, A. Morozan, A. Filoramo, J. Leroy, V. Derycke, B. Jousselme and S. Campidelli, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 6348.
[8] C. Li, K. Komatsu, S. Bertrand, G. Clavé, S. Campidelli, A. Filoramo, S. Guéron and H. Bouchiat, Phys. Rev. B, 2016, 93, 045403.

Compétences/Skills

RMN, spectrometrie de masse, microscopie électronique (MEB, TEM), microscopie à force atomique (AFM).
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Nano-objets polymères et hybrides sous irradiation
Polymer and hybrid nano-objects under irradiation

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

15-05-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CARROT Géraldine - RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 41 47

Résumé/Summary

Stage M1 ou M2 :
Le projet consiste à synthétiser et à caractériser des nanoparticules polymères à partir de copolymères amphiphiles dont un des blocs est radiosensible. L'autre voie explorée consiste à former des nanoparticules métalliques (effet radiosensibilisant) avec une couronne polymère. L'objectif est ensuite d'incorporer dans ces objets des principes actifs (par interactions hydrophobes ou greffage covalent).
M1 or M2 level internship:
The project consists in the synthesis and the characterization of polymer nanoparticles from amphiphilic copolymers with one radiosensitive block. The other issue is to form metal nanoparticles (radiosensitizing effect) with a polymer corona. The objective is then to incorporate drugs inside these objects (by hydrophobic interactions or covalent grafting).

Sujet détaillé/Full description

Ce projet repose sur le développement de nouveaux systèmes de relargage de principes actifs basés sur la dégradation de polymères par irradiation. Ce type de stimulus n'a jamais été exploré auparavant, pour de telles applications. Cela permet d'envisager un vrai couplage radiothérapie/ chimiothérapie qui se différencie du simple relargage ciblé. Jusqu'ici, nous avons vérifié la faisabilité du procédé par des expériences sur divers films polymères (augmentation du relargage avec la dose d’irradiation). Maintenant, l'objectif est de réaliser la synthèse d'une bibliothèque de copolymères amphiphiles originaux, avec un bloc polymère soluble dans l'eau/biocompatible, et un autre bloc hydrophobe/radiosensible. L'auto-assemblage dans des micelles ou des vésicules mènera à des objets avec un coeur radiosensible où sera localisé le principe actif. Une autre stratégie consiste en l'utilisation d'objets hybrides à base de nanoparticules métalliques (NPs) qui augmentent localement l’effet du rayonnement. Les NPs seront soit incorporées directement dans les micelles polymères, soit fonctionnalisées par une couronne de polymère où pourra être greffé ultérieurement le principe actif. Le premier avantage de ces nouveaux systèmes est de contrôler plus finement le ciblage des principes actifs vers les cellules tumorales afin de limiter les effets secondaires liés à la chimiothérapie et la radiothérapie, via la position du faisceau d'irradiation et/ou les doses absorbées.

Le stage pourra commencer dès le premier trimestre 2016. Merci de prendre garde au délai de traitement des dossiers et de prendre contact au plus tôt avec les responsables.
This project involves the development of new delivery systems for drugs based on the degradation of polymers by irradiation. This new stimulus has never been explored for such applications. This permits to consider a coupled chemo- and radiotherapy beyond the simple trigger release. So far, we have checked the feasibility of the process via experiments on various polymer films. Now, the objective is to perform the synthesis of a library of original amphiphilic copolymers, i.e. with a water-soluble/biocompatible part, together with a hydrophobic/radiosensitive part. The self-assembly into micelles or vesicles will lead to objects with a radiosensitive core where the drug will be located. The other strategy consists in the use of hybrid objects based on metallic nanoparticles (NPs) which increase the local radiation effect. The NPs will be either incorporated to the polymer micelle core, or functionalized with a polymer corona. The first advantage of these new systems is to control more finely the targeting of drug to the tumor cells and to avoid the side effects associated with chemotherapy and radiotherapy, by controlling the position of the irradiating beam and /or the absorbed doses.

Mots clés/Keywords

Chimie des matériaux, Polymères, Organique/ inorganique, Nano-objets
Materials chemistry, Polymers, Organic/ Inorganic, Nano-objects

Compétences/Skills

Synthèses polymères, Chimie organique, Chromatographie d' exclusion stérique (GPC), Spectroscopie UV et FTIR, Thermogravimétrie (TGA), Diffusion de la Lumière.
Polymer synthesis, organic chemistry, SEC, UV and FTIR spectroscopies, TGA, light scattering, etc...

Logiciels

Excel, Origin
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Surfaces polymères bactériostatiques
Bacteriostatic polymer surfaces

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

15-05-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CARROT Géraldine
+33 1 69 08 41 47

Résumé/Summary

Stage M1 ou M2 :
Le sujet de ce stage porte sur la synthèse et le greffage sur des surfaces, de polymères bactériostatiques. Le but est d'incorporer ces polymères sous forme de couche ou de copolymère, dans des films de polyéthylène, constituant principal des films alimentaires. En plus de la chimie, les polymères et les surfaces seront caractérisés par diverses techniques d'analyses (RMN, FTIR, XPS, microscopie, angle de contact...), avant de faire l'objet d'études en microbiologie. Ce travail se fera au CEA (Laboratoire LICSEN/NIMBE) pour la partie chimie/caractérisation, en collaboration avec l'INRA-AgroParisTech (Laboratoire B2HM) pour la caractérisation et les tests de microbio. Ce stage bénéficie d’un soutien industriel et peut se poursuivre par une thèse.
M1 or M2 level internship:
This project consists in the synthesis and the surface grafting of bacteriostatic polymers. The objective is to incorporate these polymers as a layer or a copolymer inside polyethylene films (main materials of food films). In addition to chemistry, both polymers and surfaces will be characterized by several analytical techniques (NMR, FTIR, XPS, microscopy, contact angles ...) before being studied in microbiology. This project will be performed at CEA ( Laboratory LICSEN/NIMBE) for the synthesis and surface chemistry part, in collaboration with INRA-AgroParisTech (Laboratory B2HM) for the characterization and microbiological tests. This project has an industrial support and may continue with a PhD thesis.


Sujet détaillé/Full description

Les infections microbiennes sont une des grandes préoccupations de nombreuses applications commerciales comme l’emballage alimentaire, la purification de l’eau, les équipements médicaux. Ici nous nous intéressons surtout à la problématique emballage où le challenge est de diminuer la charge microbienne (pour augmenter la durée de conservation, DLC). Une des stratégies consiste à incorporer des polymères bactériostatiques dans la matrice polymère. L'objectif de ce stage est donc de former des copolymères blocs dont l'un des bloc sera le polymère bactériostatique et de préparer des particules greffées avec des chaînes de ce polymère. Les deux composés seront destinés ensuite à être mélangés avec la matrice polymère afin de former des films composites. Après la caractérisation des polymères (chromatographie d'exclusion stérique, RMN), des particules (TGA) et des surfaces (FTIR, XPS, goniomètre), des études microbiologiques seront menées avec notre équipe partenaire AgroParisTech.
Nous recherchons pour ce stage, un étudiant M2 motivé qui possède une solide formation en chimie et caractérisation des polymères et des connaissances en sciences des surfaces (caractérisation).
Microbial infections are a major concern for many commercial applications such as textiles, food packaging, water purification or medical equipment. Here we are interested mainly in packaging where the challenge here is to reduce the microbial loading (to increase shelf life). The objective is to preferentially incorporate bacteriostatic polymers in packaging due to their advantages of having some mobility and resistance to packaging process conditions (temperature, stretching ...). One of the strategies is to incorporate bacteriostatic polymers into the polymer matrix. The objective is therefore to form block copolymers, with one block that will be the bacteriostatic polymer and to prepare particles grafted with chains of this polymer. The two compounds will then be mixed to the polymer matrix in order to form composite films. After the characterization of polymers (size exclusion chromatography, NMR), particles (TGA) and surfaces (FTIR, XPS, goniometer), microbiological studies will be conducted with our partner team AgroParisTech.
We are looking for this internship, a motivated M2 student who has a solid background in chemistry and polymer characterization and knowledge in surface science (characterization).

Mots clés/Keywords

Chimie des polymères, fonctionnalisation de surface
Polymer chemistry, surface fonctionnalisation

Compétences/Skills

Synthèse (co)polymères, FTIR, chromatographie d'exclusion stérique (CES), angle de contact, microscopie, profilométrie, XPS
Polymer chemistry, FTIR, size-exclusion chromatography, contact angle, microscopy, profilometry, XPS
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Synthèse et propriétés optiques de nanoparticules de graphène
Synthesis and optical properties of graphene nanoparticles

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

04-03-2019

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34/23 77

Résumé/Summary

Le terme graphène regroupe toute une famille de matériau. Dans ce projet, nous proposons de construire par des méthodes synthèses organiques des nanoparticules de graphène qui ont un intérêt fondamental pour la photoluminescence, par exemple, et qui peuvent servir de brique de base pour la réalisation de graphène de synthèse.

Sujet détaillé/Full description

Le graphène est un matériau bidimensionnel issu, à l'origine, du graphite. Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à Geim et Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l'engouement de la communauté scientifique. Le graphène possède des propriétés optiques, électroniques et mécaniques exceptionnelles qui en font un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, fuel cells) ou pour les composites.
De nos jours le terme graphène regroupe toute une famille de matériau : graphène obtenu par exfoliation du graphite, graphène produit par "Chemical Vapor Deposition" (croissance sur un catalyseur à partir de la décomposition d'un dérivé carboné), oxyde de graphène ou nanoparticules et rubans de graphène synthétisé grâce à des procédés de chimie organique. Ces matériaux possèdent des propriétés légèrement différentes et le matériau choisi dépendra de l'application finale.
Le LICSEN (CEA-Saclay) a débuté une collaboration avec le Laboratoire Aimé Cotton (LAC) (ENS Paris-Saclay - Université Paris-Sud) qui visait à étudier les propriétés optiques des particules de graphène synthétisées via l’approche « bottom-up ». La synthèse des motifs graphéniques est basée sur la condensation de molécules polyaromatiques.[1;2] Les nanoparticules de graphène se sont avérées très prometteuses car nous avons pu observer l’émission de photons uniques à température ambiante.[3] Au cours de ce stage de Master, nous proposons de synthétiser d’autres familles de nanoparticules de graphène et d'étudier leurs propriétés optiques ainsi que les relations structures/propriétés.
Ce stage demande une formation de chimiste organicien. Le stage s'effectuera au LICSEN. Le/la candidate devra avoir un gout prononcé pour le travail interdisciplinaire et aimer relever des défis.

Postuler par e-mail, CV et lettre de motivation à :
stephane.campidelli@cea.fr

Références:
[1.] Z. Tomovic, M. D. Watson, K. Müllen, Angew.Chem., Int.Ed. 2004, 43, 755-758.
[2.] A. Narita, X. Y. Wang, X. Feng, K. Müllen, Chem.Soc.Rev. 2015, 44, 6616-6643.
[3.] S. Zhao, J. Lavie, L. Rondin, L. Orcin-Chaix, C. Diederichs, P. Roussignol, Y. Chassagneux, C. Voisin, K. Müllen, A. Narita, S. Campidelli, J.-S. Lauret, Nat.Commun. 2018, 9, 3470.

Compétences/Skills

Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse.

 

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