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Paris-Saclay
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Univ. Paris-Saclay
Ciment bas carbone: Études de la carbonatation par les rayons X
Low-Carbon Cement: Real-Time X-ray Studies of Material Carbonation

Spécialité

Matériaux cimentaires

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/01/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Levenstein Mark
+33 1 69 08 57 34

Résumé/Summary
La carbonatation des ciments est une voie prometteuse pour réduire les émissions nettes de CO2 de l'industrie du béton. Cependant, la carbonatation du ciment est mal comprise et étonnamment complexe. Ce stage sera axé sur l'utilisation de l'analyse de la diffraction des rayons X en temps réel pour mieux comprendre la voie de carbonatation de ciments modèles.
The carbonation of cements is a promising route to decreasing the net CO2 emissions of the concrete industry. However, cement carbonation is poorly understood and surprisingly complex. This internship will be focused on using real-time X-ray diffraction analysis to understand the carbonation pathway of model cements.
Sujet détaillé/Full description
La production de ciments Portland classiques représente jusqu'à 10 % des émissions mondiales de CO2. Environ 40 % de ce CO2 provient de l'énergie dépensée pour chauffer le calcaire et les argiles bruts nécessaires à la production du ciment, tandis que les 60 % restants sont libérés par les carbonates piégés dans le calcaire. Malheureusement, seule une petite fraction de ce CO2 libéré est récupérée lorsque les ciments sont durcis par les processus d'hydratation standard. Pour réduire les émissions nettes de CO2, un nombre croissant de chercheurs et de jeunes entreprises (par exemple, CarbonCure, Solidia, Fortera) s'efforcent de durcir les ciments en combinant l'hydratation et la carbonatation pour récupérer le CO2 libéré. Cependant, la carbonatation des ciments est mal comprise. En fait, nous avons récemment montré qu'elle peut se dérouler par des voies multi-étapes étonnamment complexes.

Ainsi, l'objectif de ce stage est d'étudier la carbonatation d'un système modèle simple de ciment Ca(OH)2 en CaCO3 en utilisant la diffraction des rayons X (DRX) couplée à un environnement d'échantillon microfluidique pour le contrôle du flux de CO2 (Fig. 1b). D'autres formulations de ciment, y compris des additifs cimentaires et des agents de liaison, seront également étudiées. Les expériences microfluidiques seront complétées par des analyses microscopiques, pH et gravimétriques de morceaux de ciment plus grands.
The production of conventional Portland cements accounts for up to 10% of global CO2 emissions. Approximately 40% of this CO2 comes from the energy expended by heating the raw limestone and clays needed to produce the cement, while the remaining 60% is released from the carbonates trapped within the limestone. Unfortunately, only a small fraction of this released CO2 is re-captured when cements are hardened through standard hydration processes. To reduce net CO2 emissions, a growing number of researchers and start-up companies (e.g., CarbonCure, Solidia, Fortera) are working to set cements through a combination of hydration and carbonation to re-capture released CO2. However, the carbonation of cements is poorly understood. In fact, we have recently shown that it can proceed through surprisingly complex multi-step pathways.

Thus, the aim of this internship is to investigate the carbonation of a simple Ca(OH)2 cement model system into CaCO3 using scanning X-ray diffraction (XRD) coupled with a microfluidic sample environment for control of CO2 flow (Fig. 1b). Other cement formulations, including cementitious additives and binding agents will also be studied. Microfluidic experiments will be complemented by microscopy, pH, and gravimetric analyses of larger cement pieces.
Mots clés/Keywords
Chimie des matériaux, ciment durable, transition énergétique, cristallisation, diffraction des rayons X, microfluidique
Materials chemistry, sustainable cement, energy transition, crystallization, X-ray diffraction, microfluidics
Compétences/Skills
Diffraction des rayons X, raffinement de Rietveld, microfluidique, microscopie électronique à balayage, microscopie optique, sorption dynamique en phase vapeur, lithographie douce.
X-ray diffraction, Rietveld refinement, microfluidics, scanning electron microscopy, optical microscopy, dynamic vapor sorption, soft lithography.
Logiciels
Matlab/Python, Profex, TOPAS
Composite argile-nanoparticules de métal pour la catalyse par une approche "safe-by-design"
Metal nanoparticle-clays composite for catalysis within "Safe by Design" approach

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

15/02/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

TESTARD Fabienne
+33 1 69 08 96 42

Résumé/Summary
Dans le contexte d'un projet européen HARMLESS (vers de nouveaux outils pour guider et évaluer la toxicité de nanomatériaux complexes), ce stage a pour but d'optimiser la synthèse de composites nanoparticules métalliques/argiles par une approche "safe-by-design".
In the context of an European project HARMLESS (for new tools to guide and evaluate the toxicity of new nanomaterials with increasing complexity), this intership aims to optimize the synthesis of metal nanoparticles/clays composites with a safe-by-design approach.
Sujet détaillé/Full description
Aujourd'hui, l’approche safe-by-design est indispensable pour développer de nouveaux nanomatériaux. Elle permet de prendre en compte les questions de sécurité liées aux matériaux dès les premières étapes de conception et de préparation. Le projet européen HARMLESS [1] cherche à proposer des outils capables de guider et évaluer la toxicité de nanomatériaux de plus en plus complexes, en particulier de nanomatériaux de rapport d'aspect élevé. Dans ce contexte, des matériaux hybrides à base de nanoparticules métalliques et d'argiles nanotubulaires seront synthétisés [2,3], caractérisés et testés pour leur fonctionnalité catalytique [4,5] en utilisant une approche safe-by-design.

L'objectif du stage est 1) d’optimiser la synthèse de nanomatériaux à base d’argile fonctionnalisés par des nanoparticules métalliques en suivant une approche SBD 2) de caractériser les nanomatériaux obtenus et de remplir une base de données ouverte pour les évaluations de toxicité 3) de tester la fonctionnalité des nanomatériaux 4 ) de tester la stabilité colloïdale des nanomatériaux en milieu biologique. L'interaction avec les partenaires du projet HARMLESS permettra d’approfondir l'approche SBD.

Références:
[1] HARMLESS - Advanced high aspect ratio and multicomponent materials (harmless-project.eu)
[2] Picot, P., Taché, O., Malloggi, F., Coradin, T., & Thill, A. (2016). Behaviour of hybrid inside/out Janus nanotubes at an oil/water interface. A route to self-assembled nanofluidics?. Faraday Discussions, 191, 391-406.
[3] Canbek Ozdil, Z. C., Spalla, O., Menguy, N., & Testard, F. (2019). Competitive Seeded Growth: An Original Tool to Investigate Anisotropic Gold Nanoparticle Growth Mechanism. The Journal of Physical Chemistry C, 123(41), 25320-25330.
[4] Patra, S., Schaming, D., Picot, P., Pignié, M. C., Brubach, J. B., Sicard, L., ... & Thill, A. (2021). Inorganic nanotubes with permanent wall polarization as dual photo-reactors for wastewater treatment with simultaneous fuel production. Environmental Science: Nano, 8(9), 2523-2541.
[5] Bouzakher-Ghomrasni, N., Tache, O., Leroy, J., Feltin, N., Testard, F., & Chivas-Joly, C. (2021). Dimensional measurement of TiO2 (Nano) particles by SAXS and SEM in powder form. Talanta, 234, 122619.
Today, the Safe by Design (SBD) approach should be considered in the development of nanomaterials with increasing level of complexity. It allows to take into account the safety issue since the first steps of the material preparation. The HARMLESS European project [1] aims to propose tools able to guide the management and evaluation of toxicity of nanomaterials with increasing level of complexity, in particular for high aspect ratio nanomaterials. In this context, hybrid material based on metal nanoparticles and nanotubular clays will be synthesized [2,3], characterized and tested for their catalytic functionality [4,5]. The synthesis will be revised according to the toxicity results obtained on the primary design nanomaterials.

The aim of the intership is to 1) optimize the synthesis of clays materials functionalized with metal nanoparticles within a SBD approach 2) characterize the materials and fill an open data base to be used for evaluation of toxicity 3) test the functionality of the material 4) test the colloidal stability in biological media. The interaction with HARMLESS partners project will serve the SBD approach during the intership.

References:
[1] HARMLESS - Advanced high aspect ratio and multicomponent materials (harmless-project.eu)
[2] Picot, P., Taché, O., Malloggi, F., Coradin, T., & Thill, A. (2016). Behaviour of hybrid inside/out Janus nanotubes at an oil/water interface. A route to self-assembled nanofluidics?. Faraday Discussions, 191, 391-406.
[3] Canbek Ozdil, Z. C., Spalla, O., Menguy, N., & Testard, F. (2019). Competitive Seeded Growth: An Original Tool to Investigate Anisotropic Gold Nanoparticle Growth Mechanism. The Journal of Physical Chemistry C, 123(41), 25320-25330.
[4] Patra, S., Schaming, D., Picot, P., Pignié, M. C., Brubach, J. B., Sicard, L., ... & Thill, A. (2021). Inorganic nanotubes with permanent wall polarization as dual photo-reactors for wastewater treatment with simultaneous fuel production. Environmental Science: Nano, 8(9), 2523-2541.
[5] Bouzakher-Ghomrasni, N., Tache, O., Leroy, J., Feltin, N., Testard, F., & Chivas-Joly, C. (2021). Dimensional measurement of TiO2 (Nano) particles by SAXS and SEM in powder form. Talanta, 234, 122619.
Mots clés/Keywords
Synthèse, nanoparticules métalliques, nanoparticules d'oxyde métalliques, stabilité colloïdale
Nanoparticles, clays, colloidlal stability,
Compétences/Skills
UV-Vis, SAXS (diffusion de rayons X aux petits angles), TEM, micro-onde, synthèse de nanoparticules
UV-Vis, SAXS (diffusion de rayons X aux petits angles), TEM, microwave, nanoparticle synthesis
Etude des propriétés électroniques et optoélectroniques de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels
Study of the electronic and optoelectronic properties of two-dimensional semiconductor nanomaterials

Spécialité

Physique des matériaux

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

23/03/2023

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

DERYCKE Vincent
+33 1 69 08 55 65

Résumé/Summary
L'étudiant(e) aura pour mission principale d’intégrer dans des dispositifs électroniques et optoélectroniques, des matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (d'épaisseur <1 nm) fabriqués au laboratoire et d’en mesurer les performances. Ces matériaux sont des monocouches de MoS2, de WS2 et/ou de SnS2 synthétisées par CVD et analysées par différentes techniques (AFM, MEB, XPS, Raman, Photoluminescence). Les dispositifs sont principalement des transistors à base de matériaux 2D fonctionnalisés ou à base de combinaisons de plusieurs matériaux 2D.
The main mission of the student will be to integrate in electronic and optoelectronic devices, two-dimensional semiconductor materials (thickness <1 nm) synthesized in the laboratory and to measure their performances. These materials are monolayers of MoS2, WS2 and/or SnS2 synthesized by CVD and analyzed by different techniques (AFM, SEM, XPS, Raman, Photoluminescence). The devices are mainly field-effect transistors based on functionalized 2D materials or based on combinations of several 2D materials.
Sujet détaillé/Full description
Ce stage en sciences des matériaux et nanoélectronique s'intègre dans un projet collaboratif plus large visant à étudier les performances de photo-détecteurs à base de nanomatériaux semiconducteurs bidimensionnels de type dichalcogénures de métaux de transition (typiquement des monocouches atomiques de MoS2, WS2, SnS2…) et d'assemblages de ces nanomatériaux sous la forme d'empilements contrôlés appelés hétérostructures de van des Waals. Dans ce contexte, l'étudiant(e) recruté(e) au CEA Paris-Saclay/NIMBE/LICSEN aura pour missions initiale de contribuer à synthétiser par CVD (chemical vapor deposition) les semiconducteurs 2D (d'épaisseur <1 nm) et d'en caractériser en détails les propriétés structurales par différentes techniques (AFM, MEB, XPS, Raman, etc.). Le cœur du stage concerne surtout la réalisation de transistors à effet de champ à base de ces matériaux 2D et la mesure de leurs performances électriques et optoélectroniques. Pour cela, le/la stagiaire utilisera des techniques de micro/nano-fabrication (lithographie électronique et optique...) et un banc de mesures optoélectroniques dédié au projet. Le laboratoire dispose déjà d'une expérience solide dans la synthèse de MoS2 et l’étude des transistors à base de nanomatériaux qui garantit un démarrage rapide du stage.

Des compétences au niveau master dans le domaine des nanosciences sont indispensables ainsi bien sûr qu'un très haut niveau de motivation et une grande rigueur. Un niveau d'anglais permettant la lecture d'articles scientifiques est requis.
This internship in material science and nanoelectronics is part of a larger collaborative project aimed at studying the performances of photo-detectors based on two-dimensional semiconductor nanomaterials such as transition metal dichalcogenides (typically atomic monolayers of MoS2, WS2, SnS2 …) and assemblies of these nanomaterials in the form of controlled stacks called van des Waals heterostructures. In this context, the student recruited at CEA Paris-Saclay/NIMBE/LICSEN will have the initial mission of contributing to the synthesis by CVD (chemical vapor deposition) of 2D semiconductors (thickness <1 nm) and to characterize in detail their structural properties by different techniques (AFM, SEM, XPS, Raman, etc.). The heart of the internship mainly concerns the production of field effect transistors based on these 2D materials and the measurement of their electrical and optoelectronic performances. For this, the intern will use micro/nano-fabrication techniques (electronic and optical lithography, etc.) and an optoelectronic measurement setup dedicated to the project. The laboratory already has a solid experience in the synthesis of MoS2 and the study of transistors based on nanomaterials, which guarantees a rapid start of the internship.

Skills at master's level in the field of nanosciences are essential as well as, of course, a very high level of motivation and great rigor. A level of English allowing the reading of scientific articles is required.
Mots clés/Keywords
Nanosciences, matériaux 2D
Nanosciences, 2D materials
Compétences/Skills
Lithographie électronique, mesures électriques, AFM, MEB, Photoluminescence
e-beam lithography, electrical measurements, AFM, SEM, photoluminescence
Etude des propriétés opto-électroniques des excitons piégés dans les dispositifs à base de nanotubes de carbone
Study of opto-electronic properties of trapped excitons in carbon nanotube devices

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/03/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

FILORAMO Arianna
+33 1 69 08 86 35

Résumé/Summary
Dans ce projet nous considèrerons l’étude des propriétés optiques des dispositifs à nanotubes triés en chiralité. Ici, nous nous intéresserons à une réduction drastique de la distribution en chiralité pour étudier ensuite les caractéristiques des état excitoniques piégés.
Here will consider the study of the optical properties of chirality sorted nanotube devices. First, we will be interested in a drastic reduction of the distribution in chirality. Then, we will study the characteristics of the trapped excitonic states.
Sujet détaillé/Full description
Les nanotubes de carbone mono-paroi présentent des propriétés électroniques remarquables, qui ont fait l’objet d’études intensives aussi bien en recherche fondamentale que pour leurs applications en nanoélectronique. Plus récemment, avec le développement d’une meilleure maitrise du matériau d’autres perspectives et champs d’applications se sont ouverts. C’est notamment le cas en optique et en optoélectronique où les nanotubes de carbone constituent un matériau de choix.

Plus spécifiquement, les nanotubes de carbone présentent des transitions optiques dont l’énergie varie en fonction de leur diamètre et de leur chiralité et qui se situent généralement dans le proche infrarouge [1, 2]. Cette caractéristique combinée à leurs propriétés électriques exceptionnelles fait que les dispositifs optoélectroniques à base de nanotubes de carbone suscitent beaucoup d’intérêt [3, 4, 5].

Dans ce projet nous considèrerons l’étude des propriétés optiques des dispositifs à nanotubes triés en chiralité [6-14]. Ici, nous comptons tout d’abord nous intéresser à une réduction drastique de la distribution en chiralité pour étudier ensuite l’influence et les caractéristiques des état excitoniques piégés par fonctionnalisation. En effet, la compréhension des propriétés optiques/optoélectroniques de ces systèmes est primordiale pour réaliser des dispositifs performants à température ambiante (par exemple des photo-détecteurs, LEDs performantes, sources de photon unique, etc.) et pour les intégrer et les utiliser dans une plateforme photonique silicium [15-18]. Ici, l’intégration dans une plateforme photonique sera faite en collaboration avec le C2N à Saclay et les propriétés optiques non-linéaires de ces systèmes seront étudiées à l’institut d’optique de Bordeaux.

[1] S. M. Bachilo et al. Science 298, 2361 (2002) ;
[2] O’Connell M. J. et al., Science 297, 593 (2002) ;
[3] Freitag et al., NanoLetter 6, 1425 (2006) ;
[4] Mueller et al., NatureNanotech. 5, 27 (2010) ;
[5] S.Wang et al. Nano Letter 11, 23 (2011);
[6] Nish, A. et al. Nat. Nanotechnol. 2, 640 (2007) ;
[7] Chen, F. et al. Nano Lett. 7, 3013 (2007) ;
[8] Nish, A. et al. Nanotechnology 19, 095603 (2008) ;
[9] Hwang, J.-Y. et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 3543-3553 (2008) ;
[10] Gaufrès E. et al., Appl. Phys. Lett. 96, 231105 (2010) ;
[11] Gao, J. et al. Carbon 49, 333 (2011);
[12] Tange M. et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 6458 (2012)
[13] Sarti F. et al Nano Research 9, 2478 (2016)
[14] Balestrieri M. et al Advanced Functional Materials 1702341 (2017).
[15] Margulis Vl.A. et al. Physica B 245, 173 (1998)
[16] Arestegui O.S. Optical Materials 66, 281 (2017)
[17] Chu H. et al. Nanophotonics 9(4): 761 (2020),
[18] Song B. et al. ACS Photonics 7, 2896 (2020)
Thanks to their outstanding electrical, mechanical and chemical characteristics, carbon nanotubes have been demonstrated to be very promising building blocks for future nanoelectronic technologies. More recently, with the development of a better control of the material, other perspectives and fields of application have opened up.

This is particularly the case in optics, optoelectronics and photonics. Here, carbon nanotubes have attracted more attention because of their typical fundamental optical transition in the NIR [1-2] in a frequency range of interest for the telecommunications. This characteristic, combined with their exceptional electrical properties, has led to a great deal of interest in optoelectronic devices based on carbon nanotubes [3, 4, 5].

Here, we will perform optical and opto-electronic studies onto semiconducting nanotubes that we will extract from the pristine mixture by a method based on selective polymer wrapping [6-14]. In particular, we aim to reduce the distribution in chiralitiy to study the influence and characteristic of the trapped excitons by chemical functionalisation. Indeed, the comprehension of the related phenomena is extremely important to obtain performant devices at room temperature (photodetectors, LED, single photon sources, etc.) and to integrate them in a photonic platform [15-18].
Specifically, the integration within the photonic platform will be done in the framework of a collaborative project with C2N in Saclay while the non-linear optical studies will be performed at the Optics Institute of Bordeaux.

[1] S. M. Bachilo et al. Science 298, 2361 (2002) ;
[2] O’Connell M. J. et al., Science 297, 593 (2002) ;
[3] Freitag et al., NanoLetter 6, 1425 (2006) ;
[4] Mueller et al., NatureNanotech. 5, 27 (2010) ;
[5] S.Wang et al. Nano Letter 11, 23 (2011);
[6] Nish, A. et al. Nat. Nanotechnol. 2, 640 (2007) ;
[7] Chen, F. et al. Nano Lett. 7, 3013 (2007) ;
[8] Nish, A. et al. Nanotechnology 19, 095603 (2008) ;
[9] Hwang, J.-Y. et al., J. Am. Chem. Soc. 130, 3543-3553 (2008) ;
[10] Gaufrès E. et al., Appl. Phys. Lett. 96, 231105 (2010) ;
[11] Gao, J. et al. Carbon 49, 333 (2011);
[12] Tange M. et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 6458 (2012)
[13] Sarti F. et al Nano Research 9, 2478 (2016)
[14] Balestrieri M. et al Advanced Functional Materials 1702341 (2017).
[15] Margulis Vl.A. et al. Physica B 245, 173 (1998)
[16] Arestegui O.S. Optical Materials 66, 281 (2017)
[17] Chu H. et al. Nanophotonics 9(4): 761 (2020),
[18] Song B. et al. ACS Photonics 7, 2896 (2020)
Mots clés/Keywords
Physique, Chimie, Science des matériaux
Physic, Chemistry, Material science
Compétences/Skills
Techniques de caractérisation de nano-objets (AFM, MEB), micro/nano fabrication, mesures de transport, spectroscopie optique et spectroscopie d’électroluminescence, manipulation de nano-objets
AFM, SEM, Micro and nanofabrication, transport measurements, optical spectroscopy, optoelectronics, nano-object manipulation
Logiciels
LabVIEW
Etude microfluidique de procédés de biolixiviation pour le recyclage de métaux présents dans les circuits imprimés
Microfluidic Study of bioleaching processes for metal recycling commonly found in printed circuit boards

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/02/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Gabriel Jean-Christophe
+33 6 76 04 35 59

Résumé/Summary
Ce projet est basé sur l’étude de procédés de biolixiviation intervenant pour le recyclage de métaux présents dans les circuits imprimés (smartphones, ordinateurs portables, etc.). Durant ce stage, il sera proposé de prendre en main la plateforme microfluidique actuelle sur laquelle des procédés d’extraction liquide-liquide sont testés. L’objectif sera d’intégrer sur la plateforme existante les outils et instruments nécessaires pour suivre les paramètres expérimentaux liés aux procédés de biolixiviation.
This project is based on the study of bioleaching processes involved in the recycling of metals found in printed circuit boards (smartphones, laptops, etc.). During this internship, it will be proposed to take control of the current microfluidic platform, on which liquid-liquid extraction processes are tested. The aim will be to integrate the tools and instruments needed to monitor the experimental parameters related to bioleaching processes on the existing platform.
Sujet détaillé/Full description
Présentation CEA : Organisme public de recherche, le CEA intervient dans quatre domaines: la défense et la sécurité, les énergies nucléaire et renouvelables, la recherche technologique pour l'industrie et la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie). Le CEA est un acteur majeur de recherche, du développement et de l’innovation Française. En 2021, il était 1er établissement public, il a de plus été placé sur le podium au classement Reuters des agences gouvernementales les plus innovantes du monde.

Le CEA propose un stage en chimie et génie biochimique visant à la mise place d’un pilote microfluidique fonctionnel et d’en déterminer les paramètres de fonctionnement. Ces travaux pourraient mener à une intensification (accélération) très significative des procédés et méritent d’être exploitées sous plusieurs aspects.
Les candidats retenu(e)s seront en charge :

(i) prendre en main la plateforme microfluidique entièrement instrumentée et contrôlée par un logiciel Python
(ii) effectuer une recherche bibliographique sur les procédés de biolixiviation existants, ciblant notamment le recyclage de métaux présents dans les circuits imprimés
(iii) réfléchir et mettre en place des protocoles expérimentaux liés à des procédés de biolixiviation
(iv) implémenter de nouveaux capteurs sur la plateforme actuelle pour la mise en place de ces procédés biochimiques

Contexte et collaboration :
Ce travail sera effectué sur le site CEA de Saclay. Le candidat bénéficiera d’un environnement multidisciplinaire et international très riche au sein du CEA/LICSEN, groupe de JC Gabriel.
Les candidat(e)s retenu(e)s auront accès à de nombreuses plateformes expérimentales et méthodes de caractérisations du CEA Saclay. Ces stages sont donc d’excellentes opportunités pour élargir vos connaissances, savoir-faire et votre valeur sur le marché du travail.

Qualifications clés:
- Le candidat retenu est issu d’études de relevance pour ce poste, p.ex. Master ou école d’ingénieur en chimie, ou génie (bio)chimique. Une formation en microbiologie est un plus.
- Compétences en langage Python et CAD (Solidwork ou autre pour impression 3D) recommandées.
- Une attitude rigoureuse, orientée vers l’obtention de résultats, un travail structuré et un esprit d’équipe sont absolument nécessaires. De plus, nous recherchons un profil créatif et des capacités d’intégration.
CEA offers an internship in chemistry and biochemical engineering aimed at setting up a functional microfluidic pilot and determining its operating parameters. This work could lead to a very significant intensification (acceleration) of the processes and deserves to be exploited in several aspects.

Successful candidates will be in charge of:
(i) take control of the microfluidic platform fully instrumented and controlled by Python software
(ii) carry out a bibliographic research on existing bioleaching processes, targeting in particular the recycling of metals present in printed circuits
(iii) think about and set up experimental protocols related to bioleaching processes
(iv) implement new sensors on the current platform for the implementation of these biochemical processes

Context and collaboration:
This work will be carried out on the CEA site in Saclay. The candidate will benefit from a very rich multidisciplinary and international environment within the CEA/LICSEN, group of JC Gabriel.
Successful candidates will have access to numerous experimental platforms and characterization methods at CEA Saclay. These internships are therefore excellent opportunities to broaden your knowledge, know-how and your value on the job market.

Key Qualifications:
- The successful candidate comes from relevant studies for this position, e.g. Master's degree or engineering school in chemistry, or (bio)chemical engineering. A background in microbiology is a plus.
- Python and CAD language skills (Solidwork or other for 3D printing) recommended.
- A rigorous attitude, oriented towards obtaining results, structured work and team spirit are absolutely necessary. In addition, we are looking for a creative profile and integration skills.
Mots clés/Keywords
Biolixiviation, microfluidique, métaux, recyclage, extraction
Bioleaching, microfluidics, metals, recycling, extraction, membrane.
Compétences/Skills
Microfluidique, Fluorescence X, FTIR, impression 3D, extraction, culture cellulaire.
Microfluidics, Xray fluorescence, FTIR, 3D printing, extraction, cellular culture
Logiciels
Python, CAD (solidwork or others)
Métrologie multi-échelle des microplastiques et nanoplastiques en solution
Multi-scale metrology of microplastics and nanoplastics in solution

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

03/03/2023

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

RENAULT Jean-Philippe
+33 1 69 08 15 50

Résumé/Summary
La pollution plastique représente un enjeu majeur autant par son impact potentiel sur la santé humaine que sur les écosystèmes et l’environnement. Les microplastiques, non biodégradables et persistants, représentent une nouvelle pollution globale qui doit être caractérisée sur toutes les échelles de taille, du nanomètre au millimètre, afin de contrôler et limiter les risques d’exposition pour l’Homme et de permettre la mise en œuvre de stratégies de dépollution. Il n’existe pas actuellement de méthodologie standard pour l’identification et la caractérisation des nanoplastiques et des microplastiques de taille inférieure à 10 µm en solution. L’objectif de ce stage est de développer une méthodologie multi-instrumentale dédiée à l’analyse de ces objets de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique.
Plastic pollution is a major issue, as much for its potential impact on human health as on ecosystems and the environment. Microplastics, non-biodegradable and persistent, are a new global pollution that must be characterized on all size scales, from the nanometer to the millimeter, in order to control and limit the risks of exposure for humans and to allow the implementation of clean-up strategies. There is currently no standard methodology for the identification and characterization of nanoplastics and microplastics smaller than 10 µm in solution. The aim of this internship is to develop a multi-instrument methodology dedicated to the analysis of these sub-micrometer scale objects.
Sujet détaillé/Full description
La pollution plastique représente un enjeu majeur autant par son impact potentiel sur la santé humaine que sur les écosystèmes et l’environnement. Les microplastiques, non biodégradables et persistants, représentent une nouvelle pollution globale qui doit être caractérisée sur toutes les échelles de taille, du nanomètre au millimètre, afin de contrôler et limiter les risques d’exposition pour l’Homme et de permettre la mise en œuvre de stratégies de dépollution. Il n’existe pas actuellement de méthodologie standard pour l’identification et la caractérisation des nanoplastiques et des microplastiques de taille inférieure à 10 µm en solution.

L’objectif de ce stage est de développer une méthodologie multi-instrumentale dédiée à l’analyse de ces objets de l’échelle nanométrique à l’échelle micrométrique. Des microplastiques et nanoplastiques de différentes tailles/morphologies, composition chimique (PE, PP, PS, PET) et densité seront utilisés comme particules modèles. Les microplastiques seront dans un premier temps stabilisés en solution via la reconstitution d’une cocorona avec un suivi de stabilité colloïdale et gravitationnelle par SMLS, puis analysés à l’aide de techniques microscopiques et spectroscopiques (MEB, SAXS, Raman). La méthodologie d’analyse sera développée sur des particules seules puis sur des mélanges de particules de nombre, taille et densité variées permettant de reproduire différents environnements et sources de pollution. A ce stade, l’utilisation d’un système de fractionnement (type A4F) sera également mise en œuvre pour les mélanges d’échantillons présentant une plus grande complexité en terme de distribution en taille. L’effet du vieillissement des microplastiques sur les méthodes développées pourra être testée après vieillissement accéléré sous irradiation. Ce projet s’appuie sur l’instrumentation et l’expertise de deux laboratoires de recherche au LNE et au CEA Saclay qui ont l’habitude de collaborer ensemble.

Encadrement :
Carine Chivas-Joly, LNE
Jean Philippe Renault, Olivier Taché, CEA
Nanostructures à base de porphyrines
Porphyrin-based nanostructures

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/03/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34

Résumé/Summary
Les porphyrines sont des macrocycles tetrapyrroliques aromatiques qui présentent une grande diversité de propriétés optiques, opto-électroniques et électrochimiques. Le but de ce projet est de synthétiser de nouveaux matériaux à base de porphyrines pour tirer partie de ces propriétés.
Porphyrins are aromatic tetrapyrrolic macrocycles that exhibit a wide range of optical, optoelectronic and electrochemical properties. The aim of this project is to synthesize new materials based on porphyrins to take advantage of these properties.
Sujet détaillé/Full description
Le but de ce projet est de synthétiser de nouvelles molécules à base de porphyrines pour la fabrication de nanostructures mono- et bidimensionnelles. Les porphyrines sont des macrocycles tetrapyrroliques aromatiques ; les dérivés de porphyrines sont des briques essentielles du vivant, notamment pour le transport d'oxygène, pour les réactions d'oxydation et également pour la photosynthèse. Au-delà de cette importance dans le domaine du vivant, les propriétés optiques et électroniques des porphyrines en font un des matériaux les plus étudiés pour la conversion d'énergie, la catalyse, l'optique/optoélectronique et la médecine.

D'autre part, à cause de leur structure et de la grande versatilité de leur synthèse, les porphyrines meso-substituées ont permis la formation d'un large éventail de nanostructures covalentes ou supramoléculaires.[1-5] Dans ce contexte, au cours de ce stage nous proposons de synthétiser des dérivés de porphyrines contenant des groupements PAHs (hydrocarbures aromatiques polycycliques)[6] pouvant conduire à des porphyrines pi-étendues et/ou des nanostructures mono- et bidimensionnelles.[7,8] Avec ces assemblages, nous visons à exploiter les propriétés optiques et optoélectroniques des porphyrines. Ce projet rassemble plusieurs partenaires possédant des expertises complémentaires en chimie (CEA-Saclay) et en microscopie à effet tunnel (ISMO-Univ. Paris-Sud et IM2NP/CINaM à Marseille). 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 goût prononcé pour le travail multidisciplinaire.

Références :
1. S. Mohnani and D. Bonifazi, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2342-2362.
2. N. Aratani and A. Osuka, Bull.Chem.Soc.Jpn, 2015, 88, 1-27.
3. R. Haver and H. L. Anderson, Helv.Chim.Acta, 2019, 102, e1800211.
4. L. Grill, M. Dyer, L. Lafferentz, M. Persson, M. V. Peters and S. Hecht, Nat.Nanotechnol., 2007, 2, 687-691.
5. J. Otsuki, Coord.Chem.Rev., 2010, 254, 2311-2341.
6. Synthesis and Suzuki–Miyaura cross coupling reactions for post-synthetic modification of a tetrabromo-anthracenyl porphyrin
J. Pijeat, Y. J. Dappe, P. Thuéry and S. Campidelli, Org.Biomol.Chem., 2018, 16, 8106-8114.
7. Edge-on self-assembly of tetra-bromoanthracenyl-porphyrin on silver surfaces
N. Kalashnyk, M. Daher Mansour, J. Pijeat, R. Plamont, X. Bouju, T. S. Balaban, S. Campidelli, L. Masson and S. Clair, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 40, 22137–22142.
8. J. Pijeat, L. Chaussy, R. Simoës, J. Isopi, J.-S. Lauret, F. Paolucci, M. Marcaccio and S. Campidelli, ChemOpen, 2021, 10, 997-1003.
Compétences/Skills
Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse.
Prédire la corrosion par l’analyse des couches de protection
Predicting corrosion by analysis of protective layers

Spécialité

Corrosion

Niveau d'étude

Bac+4/5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

14/03/2023

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CORNUT Renaud
+33 1 69 08 65 88

Résumé/Summary
La corrosion des structures métalliques représente un coût évalué à environ 4% du PIB mondial. Une nouvelle stratégie s’appuyant sur l’analyse de la perméabilité des revêtements anticorrosion, telle que celle développé dans notre laboratoire, peut trouver sa place dans les nombreux secteurs dont les produits sont impactés par la corrosion. Le stage proposé porte sur le développement de cette méthode d'analyse pour le rendre compatible avec l'usage industriel visé.
The corrosion of metallic structures represents a cost estimated at about 4% of the world GDP. A new strategy based on the analysis of the permeability of anti-corrosion coatings, such as the one developed in our laboratory, can find its place in the many sectors whose products are impacted by corrosion. The proposed internship focuses on the development of this analysis method to make it compatible with the targeted industrial use.

Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)
Sujet détaillé/Full description
La corrosion des structures métalliques est un problème dans un grand nombre de domaines industriels (aéronautique, énergies renouvelables, transport et mobilité, ouvrage d’art, etc). Elle représente un cout évalué à environ 4% du PIB mondial. Afin de ralentir autant que possible le processus de corrosion, la stratégie la plus courante est de recouvrir les surfaces de revêtements imperméables à l’air et à l’eau. Mais après avoir protégé une pièce métallique avec un revêtement anticorrosion pour augmenter sa durée d’utilisation, il est à l’heure actuelle difficile de savoir :
(i) si le revêtement est de bonne qualité au moment de la fabrication
(ii) si le revêtement est toujours protecteur après une certaine durée d’utilisation.

Dans ce contexte, le CEA/DRF/LICSEN, basé à Saclay, a développé une méthode pour évaluation la qualité d’un revêtement anticorrosion. La stratégie s’appuie sur un savoir-faire spécifique en microscopie électrochimique, qui a été mis en œuvre de manière originale pour simplifier l’appareillage et développer des protocoles qui permettent d’accéder en typiquement 1h et de manière non destructive à la perméabilité d’un revêtement anticorrosion.

Une nouvelle stratégie s’appuyant sur l’analyse de la perméabilité des revêtements anticorrosion, telle que développé dans notre laboratoire, peut trouver une place dans les nombreux secteurs impactés par la corrosion. Il faut maintenant poursuivre ce travail pour i) explorer d’autres configurations (échantillons non plats de type stent cardiaque, condition opératoires non verticales, etc) et ouvrir ainsi de nouvelles possibilités et ii) peaufiner les protocoles pour une mise en œuvre compatible avec les conditions extérieures (temps d’analyse, reproductibilité, etc...).

Suivant le profil du candidat et les besoins du moment, différentes activités sont donc possibles. Ce stage sera en outre l’occasion de tester les nouveaux prototypes conçus spécifiquement pour le projet, et de travailler sur des échantillons industriels fournis par différents partenaires de l’aéronautique et du monde médical.

Ce stage ayant une claire coloration industrielle, l’étudiant recherché doit avoir le gout pour l’expérimentation, et pour la recherche appliquée. Des notions de base en électrochimie - expérimentales et théoriques - vont permettre de commencer rapidement le travail, puis d’obtenir des résultats tangibles et aboutis pendant la durée du stage.
Corrosion of metallic structures is a problem in a large number of industrial fields (aeronautics, renewable energies, transport and mobility, engineering structures, etc..). It represents an estimated cost of about 4% of the world GDP. In order to slow down the corrosion process as much as possible, the most common strategy is to cover the surfaces with air and waterproof coatings. But after protecting a metal part with an anticorrosion coating to increase its lifetime, it is currently difficult to know:
(i) whether the coating is of good quality at the time of manufacture
(ii) whether the coating is still protective after a certain period of use.

In this context, the CEA/DRF/LICSEN, based in Saclay, has developed a method to evaluate the quality of an anticorrosion coating. The strategy is based on a specific know-how in electrochemical microscopy, which has been implemented in an original way to simplify the apparatus and to develop protocols that allow access to the permeability of an anticorrosion coating in typically 1 hour and in a non-destructive way.

A new strategy based on the analysis of the permeability of anticorrosion coatings as developed in our laboratory can find a place in the many sectors impacted by corrosion. It is now necessary to continue this work in order to i) explore other configurations (non-flat samples such as cardiac stents, non-vertical operating conditions, etc.) and thus open up new possibilities and ii) refine the protocols for an implementation compatible with the external conditions (analysis time, reproducibility, etc.)

Depending on the candidate's profile and the needs of the moment, different activities are therefore possible. This internship will also be an opportunity to test the new prototypes designed specifically for the project, and to work on industrial samples provided by various partners in the aeronautical and medical fields.

As this internship has a clear industrial focus, the student must have a taste for experimentation and applied research. Basic notions in electrochemistry - experimental and theoretical - will allow to start quickly the work, then to obtain tangible and successful results during the internship.
Mots clés/Keywords
Electrochimie, Chimie analytique
Récupération des métaux par voie électrochimique
Electrochemical metal recovery

Spécialité

Électrochimie

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

25/02/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

GABRIEL Jean-Christophe
+33 6 76 04 35 59

Résumé/Summary
La méthode d'électrodéposition est largement appliquée en industrie pour récupérer les métaux des déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE). L'objectif principal de ce stage de recherche est de démontrer une approche électrochimique viable de récupération des métaux en milieu non aqueux.
The electrodeposition is widely applied in industry to recover metals from waste electrical and electronic equipment (WEEE). The main objective of this research internship is to demonstrate a viable electrochemical approach to recover metals in a non-aqueous environment.
Sujet détaillé/Full description
Le recyclage des déchets d'équipements électriques et électroniques retient de plus en plus l'attention, en raison de la présence de métaux précieux ou de métaux stratégiques, et du manque accru de ressources minérales naturelles. La récupération de ces métaux est donc devenue un axe de recherche prioritaire.

Suite à la collecte, au tri et aux traitements physiques ou/et chimiques des déchets, les métaux dans les déchets sont sous forme des cations métalliques. Ces derniers sont purifiés et concentrés par extraction (via l'usage de molécules extractantes permettant la formation de complexes).

En industrie, l'électrodéposition est une technique bien développée pour produire des revêtements métalliques sur une surface conductrice en utilisant un courant appliqué.

Le but de stage est d'aider à établir une approche permettant la récupération des métaux sous forme métallique par voie électrochimique. Cette récupération doit pouvoir être faite en milieu non aqueux, de façon sélective, et la récupération les molécules extractantes est primordiale (pour permettre leur réutilisation).

Nous cherchons pour ce stage un/une étudiant(e) en Master 2 motivé(e) et rigoureux(se), qui possède impérativement une solide formation en électrochimie. Préférentiellement, il/elle devra également avoir des connaissances en ingénierie chimique (extraction liquide-liquide). Le sujet faisant partie d'un projet à l'international (France et Singapore), un excellent niveau d'anglais est requis.

Pour candidater, veuillez envoyer un CV et une lettre de motivation au Dr. Jean-Christophe Gabriel jean-christophe.gabriel@cea.fr et Yuemin Deng yuemin.deng@cea.fr
E-waste recycling has lately attracted more attention due to the presence of precious and strategic metals, in a context where the lack of natural mineral resources has been growing. Metal recovery from e-waste has therefore become a priority over metal mining.

Following the collection, sorting and physical or/and chemical treatments, the metals from e-waste are in their cationic forms. During a liquid-liquid extraction process, the metallic cations are complexed with chelating molecules, which were prior synthetized.

Electrochemical methods such as electrodeposition or electroplating have been extensively used in the metal recovery industry. Electrodeposition is a well-established technology to produce metallic coatings on conducting surface using an applied current.

The aim of this internship is to help to establish an approach allowing the recovery of desired metals using electrochemical methods (reduction). The recovery of the chelating molecules is also a priority, due to the intention of using them again.
For this internship, we are looking for a motivated and rigorous student completing their last year of Master, who has a solid background in electrochemistry. Ideally, the student should also have knowledge of chemical engineering (liquid-liquid extraction). The subject is part of an international scientific project between France and Singapore, therefore an excellent level of English is required.

To apply, please send a CV and a cover letter to Dr. Jean-Christophe Gabriel jean-christophe.gabriel@cea.fr and Yuemin Deng yuemin.deng@cea.fr
Mots clés/Keywords
Génie chimique; extraction liquide-liquide; mécanique
Chemical Engineering; liquid-liquid extraction; mechanics
Compétences/Skills
Potentiostat; Microscopie; Synthèse; XRF; ICP; AFM, SEM, DRX
Potentiostat; microscopy; synthesis; XRF; ICP; AFM, SEM, DRX
Logiciels
MS Office; Python/labview is a plus
Synthèse et Etudes de Matériaux Graphéniques
Synthesis and Study of Graphenic Materials

Spécialité

Chimie organique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31/03/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

CAMPIDELLI Stéphane
+33 1 69 08 51 34

Résumé/Summary
Le terme graphène regroupe toute une famille de matériau. Dans ce stage, nous proposons de construire par des méthodes synthèses organiques des nanoparticules de graphène pour l'étude de leurs propriétés optiques et qui peuvent servir de brique de base pour la réalisation de matériaux graphéniques.
The term graphene covers a whole family of materials. In this internship, we propose to build by organic synthesis methods graphene nanoparticles for the study of their optical properties and which can serve as a basic brick for the realization of graphene materials.
Sujet détaillé/Full description
Le graphène est un matériau bidimensionnel issu, à l'origine, du graphite. Une des limites majeures à l'utilisation du graphène notamment en optique et en électronique est l'absence de bande interdite (gap ou bandgap) ; en effet le graphène est un semi-métal. Un des moyens pour ouvrir un "gap" dans le graphène consiste à réduire une ou ses deux dimensions jusqu'aux échelles nanométriques ; on forme ainsi des nanorubans ou des nanoparticules de graphène. Une autre méthode consiste à former un réseau régulier de trous dans le graphène, ces matériaux sont appelés "Nanomesh de graphène". Depuis une dizaine d'année, plusieurs groupes se sont intéressés à la réalisation et à l'étude de ces structures en utilisant l'approche "top-down", c'est-à-dire par la formation de nanostructures à partir du matériau macroscopique par des processus d'oxydation chimique, des attaques plasma, etc...[1-3] L'inconvénient de la méthode "top-down" est qu'elle ne permet pas de contrôler précisément la structure du matériau final. De plus il a été démontré que les propriétés optiques et électroniques sont largement influencées par les effets bords et leur état d'oxydation. Par opposition, la synthèse de matériaux graphéniques par synthèse chimique (approche "bottom-up") permet de contrôler les structures à l'atome près. [4,5]

Ce projet s'inscrit dans ce contexte et le but est donc de synthétiser des matériaux graphéniques (nanoparticules de graphène, nanomesh de graphène) par l'approche "bottom-up", c'est-à-dire via des réactions de chimie organique (couplage au palladium, Diels-Alder, réaction de Scholl, etc…) Dans le cadre d'une collaboration avec l'ENS Paris-Saclay (laboratoire LUMIN), nous avons synthétisé plusieurs nanoparticules au LICSEN et leurs propriétés d'ensembles et sur molécules individuelles ont été étudiées au LUMIN. Nous avons montré que ces particules possèdent à la fois les propriétés intéressantes des molécules (petite taille, grande section efficace d'absorption, possibilité d'accorder leurs propriétés grâce à la chimie organique) et celles d'émetteurs solides comme les centres colorés du diamant (haute brillance et bonne photostabilité).[6-8]

Lors de ce stage de nouvelles familles de nanoparticules de graphène seront synthétisées et nous nous intéresserons également à la synthèse de précurseurs de nanomesh de graphène. Ce stage est principalement un stage de chimie moléculaire, les techniques classiques de chimie seront utilisées (chimie en sorbonne, travail sous atmosphère inerte, rampe vide/argon, etc). Les techniques classiques de caractérisation : spectroscopie RMN, abs. UV-Vis-NIR, photoluminescence ainsi que la spectrométrie de masse (MALDI-TOF) seront utilisées.

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 goût prononcé pour le travail multidisciplinaire. Ce travail pourra donner lieu à une poursuite d'étude en thèse.

Références :
[1] D. V. Kosynkin, A. L. Higginbotham, A. Sinitskii, J. R. Lomeda, A. Dimiev, B. K. Price, J. M. Tour, Nature 2009, 458, 872-877.
[2] L. Jiao, L. Zhang, X. Wang, G. Diankov, H. Dai, Nature 2009, 458, 877-880.
[3] L. Li, G. Wu, G. Yang, J. Peng, J. Zhao, J.-J. Zhu, Nanoscale 2015, 5, 4015-4039.
[4] A. Narita, X. Y. Wang, X. Feng, K. Müllen, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6616-6643.
[5] J. Pijeat, J.-S. Lauret, S. Campidelli. "Bottom-up approach for the synthesis of graphene nanoribbons", (Eds.: L. Brey, P. Seneor, and A. Tejeda), Graphene Nanoribbons, IOP Publishing Ltd, 2020, p. 2.1-2.25.
[6] 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
[7] T. Liu, C. Tonnelé, S. Zhao, L. Rondin, C. Elias, D. Medina-Lopez, H. Okuno, A. Narita, Y. Chassagneux, C. Voisin, S. Campidelli, D. Beljonne and J.-S. Lauret, Nanoscale, 2022, 14, 3826-3833.
[8] D. Medina-Lopez, T. Liu, S. Osella, C. Elias, L. Rondin, B. Jousselme, V. Derycke, D. Beljonne, J.-S. Lauret and S. Campidelli, in preparation.
Compétences/Skills
Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse, spectroscopie d'absorption et de photoluminescence
Organic synthesis, NMR, Mass spectrometry, absorption and photoluminescence spectroscopy

 

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