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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
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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

Physique de la matière condensée

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 - 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.

Références :
[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.

References:
[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
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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)
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Fabrication et caractérisation de couches de diffusion de gaz pour les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC)
Gas diffusion layer fabrication and characterization for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

21/01/2023

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

JOUSSELME Bruno
+33 1 69 08 91 91

Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Le développement à grande échelle des piles à combustible pour les applications dans les transports est une nécessité en vue de diminuer les quantités d'émissions de dioxyde de carbone. En effet, l'oxydation de l'eau (à l'anode) et la réduction de l'oxygène (à la cathode) conduit à une production d'électricité qui peut être utilisée pour la motorisation d'un véhicule tout en ne produisant que de l'eau comme produit secondaire. Cependant, le déploiement à grande échelle nécessite encore d'intenses travaux de recherche autant sur les matériaux que sur leur mise en forme et la structuration des électrodes de la cellule.

Les performances des PEFMC sont étroitement liées au transport multiphase de masse (gaz : oxygène ou hydrogène et liquide : eau), de chaleur et d'électricité dans les constituants de la cellule, dont un élément critique est la couche de diffusion de gaz (GDL). Ces propriétés de transport dépendent directement des caractéristiques mécaniques, morphologiques, microstructurales et physiques de la GDL, qui sont à leur tour contrôlées par les matériaux la constituant et ses paramètres de conception.

Le but de ce stage est de fabriquer et tester de nouvelles architectures de GDLs dont une partie sera fabriquée par impression 3D. L'impression devrait permettre d'apporter de la structuration et faciliter le transport des gaz dans le dispositif. L'objectif à terme sera donc de montrer la viabilité de cette approche.

Les nouvelles architectures, que nous souhaitons développer au cours de ce travail, nécessiteront donc la fabrication de couches minces par des techniques de dépôts à grande échelle et industrialisables, la formulation d'encres à base de carbone pour la formation de couches microporeuses, l'assemblage des différents constituants pour former la pile à combustible et les caractérisations électriques afin de déterminer les performances des PEMFC comportant les nouvelles GDLs. Des caractérisations morphologiques seront aussi réalisées.
Large scale development of fuel cells for means of transportation applications is a need for lowering carbon dioxide emissions. Hydrogen oxidation (anode side) and oxygen reduction (cathode side) lead to the production of electricity that could be used to power vehicles while releasing only water as byproduct.
For large scale applications of this technology, there is an urgent need of research development on catalytic materials, on their processing methods and on fuel cell electrode microstructuration.
PEFMC performance are closely related to multiphasic mass transport properties (gas: oxygen and hydrogen, liquid: water), heat transfer and electrical conductivity in fuel cell constituents, especially in the gas diffusion layer (GDL).
The various transport properties can be linked to the mechanical, morphological, microstructural and physical characteristics of the GDL and can be tuned depending on the materials used or the processing methods.
The main goal of this internship is to build and test new GDL architectures on the base of a 3D printed skeleton. This printing technology should ease layer structuration that will improve gas transport within the device. The objective is to validate this new approach in the fabrication of GDL.

Main tasks to develop these new architectures during this work:
-Thin layers fabrication using large scale deposition methods
-Carbon ink formulations for microporous layer preparation
-PEFMC assembly with the new materials and device electrical characterization
-Morphological characterization
Mots clés/Keywords
Electrochimie, PEMFC, déposition de film minces.
Electrochemistry, Fuel cell, Thin layer deposition.
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Impression d’objets biocompatibles et revêtement de surface
Printing of biocompatible objects and surface coating

Spécialité

CHIMIE

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

10/05/2023

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

HAUQUIER Fanny
+33 1 69 08 65 88

Résumé/Summary
Le stagiaire recruté, après avoir dessiné et imprimé les objets via des technologies d'impression 3D, s'intéressera à la modification chimique des surfaces de ces objets . Il devra ensuite caractériser ces objets d’un point de vue physicochimique et morphologique (IR, XPS, MEB, AFM).
After drawing and printing the objects using 3D printing technologies, the chemical modification of the surfaces of these objects will be study. Physicochemical and morphological characterization (IR, XPS, SEM, AFM) will be carried out.
Sujet détaillé/Full description
Les technologies additives (impression 3D) représentent une nouvelle approche afin de faire du prototypage rapide et créer des objets pour des applications diverses, pour le domaine de l’aérospatial, de l’automobile, en microélectronique, ou pour le domaine médical. Nous avons, au sein du laboratoire, déjà mis à profit cette technologie afin de créer des pistes conductrices sur support souple, ou bien pour réaliser des revêtements bactéricides sur des films alimentaires.

Dans le cadre d’une nouvelle thématique, l’impression 3D de dispositifs médicaux, l’équipe a fait l’acquisition d’une imprimante permettant de concevoir des objets en polymères biocompatibles. Il s’agira de combiner cette technologie avec le savoir-faire du laboratoire dans le domaine du revêtement de surface (Graftfast®, SEEP, surfaces antibactériennes, matériaux pour la dépollution...) afin de concevoir des objets creux ayant des propriétés différentes sur ses parois externe et interne.

Le stagiaire recruté, après avoir dessiné et imprimé les objets, devra trouver la meilleure méthodologie afin de modifier cette paroi interne sans altérer la paroi externe, en mettant en place le système fluidique à partir des différents équipements disponibles. Il faudra ensuite caractériser ces tubes modifiés, d’un point de vue physico-chimique et morphologique, afin de confirmer la modification sans altération de la surface.

Pour ce faire, il pourra s’intéresser à :
• La chimie de surface : spectroscopie ATR-IR, spectrométrie XPS
• La rugosité : profilométrie, AFM
• La morphologie : MEB
Additive technologies (3D printing) represent a new approach to rapid prototyping and creating objects for various applications, for the aerospace, automotive, microelectronics, or medical fields. In the laboratory, we have already used this technology to create conductive tracks on a flexible support, or to produce bactericidal coatings on food films.

As part of a new theme, 3D printing of medical devices, the team acquired a printer to design objects in biocompatible polymers. This will involve combining this technology with the laboratory's know-how in the field of surface coating (Graftfast®, SEEP, antibacterial surfaces, materials for depollution, etc.) in order to design hollow objects with different properties on its outer and inner walls.

The recruited trainee, after having drawn and printed the objects, will have to find the best methodology to modify this internal wall without altering the external wall, by setting up the fluidic system from the various equipment available. It will then be necessary to characterize these modified tubes, from a physico-chemical and morphological point of view, in order to confirm the modification without altering the surface.

To do this, he may be interested in:
• Surface chemistry: ATR-IR spectroscopy, XPS spectrometry
• Roughness: profilometry, AFM
• Morphology: SEM
Mots clés/Keywords
Matériaux polymères, impression 3d
Polymer, 3D printing
Compétences/Skills
Spectroscopie ATR-IR, spectrométrie XPS profilométrie, AFM, MEB
ATR-IR spectroscopy, XPS spectrometry profilometry, AFM, SEM
Logiciels
FREECAD
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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.
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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
PDF
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

17/03/2023

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
PDF
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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