NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

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].



En effet, le silicium qui est le matériau à la base des technologies du traitement de l’information, a un gap indirect et l’intégration des nanotubes de carbone permettra d’envisager une multitude d’applications et une avancée décisive pour les futurs circuits photoniques.



Dans ce projet nous comptons tout d’abord contribuer par l’étude des propriétés d’électroluminescence et de photo-courant des dispositifs à nanotubes triés en chiralité [6-14]. Ici, nous nous intéresserons à une réduction drastique de la distribution en chiralité pour étudier ensuite l’influence et les caractéristiques des état excitoniques piégés. La compréhension de ces phénomènes est primordiale pour réaliser des dispositifs performants à température ambiante (photo-détecteurs, LEDs performantes et sources de photon unique). Enfin, nous considèrerons également les propriétés optiques non-linéaires des nanotubes de carbone pour les intégrer et les utiliser dans une plateforme photonique silicium [15-18].





[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)

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.

Dans le cadre de ce projet, les porphyrines synthétisées seront étudiées en collaboration avec plusieurs groupes de physiciens dans le but de réaliser sur surface par voie "bottom-up" des réseaux covalents (1D ou 2D) et d’étudier leur propriétés optiques et électroniques.

Des études récentes ont montré qu’après seulement quelques heures d’adhésion à la surface de supports récepteurs, les bactéries étaient capables de sentir le contact avec les surfaces et de modifier leur protéome. Parmi les protéines sur ou sous exprimées, certaines sont impliquées dans la réactivité des bactéries aux antimicrobiens. Nous travaillons sur des surfaces modifiées par des polymères bactériostatiques très efficaces. A travers ce projet de thèse, nous aimerions étudier plus particulièrement l’impact de ces surfaces sur la résistance des bactéries. Pour cela, des surfaces 3D (particules) seront greffées de polymères afin d’évaluer dans un premier temps l’impact des interactions avec les bactéries directement en solution. Les surfaces et les nano-objets modifiés seront étudiés à la fois en microbiologie (caractère bactéricide, résistance des bactéries après contact, etc..), et via des mesures physico-chimiques poussées (XPS, zétamétrie, techniques de diffusion de rayonnement, etc..) afin de comprendre la relation structure-propriétés.

Depuis sa découverte qui a valu le Prix Nobel de Physique à A. Geim et K. Novoselov en 2010, le graphène a provoqué l’engouement de la communauté scientifique. À cause de ces propriétés électroniques, le graphène est vu comme un matériau de choix pour de très nombreuses applications : électronique/optoélectronique rapide et flexible, électrode ou matériau actif dans le domaine des énergies renouvelables (photovoltaïque, piles à combustible, supercondensateurs).



Pour de nombreuses applications, il convient d’être capable de modifier et de contrôler les propriétés électroniques du graphène. Ceci peut être réalisé grâce à l’apport de la chimie organique. Dans ce sujet, nous proposons de synthétiser des motifs graphéniques en particulier des nanoparticules de graphène et d’étudier leurs propriétés d’absorption et d’émission dans l’IR. Ce projet sera développé en collaboration avec des physiciens, le candidat devra donc avoir un gout prononcé pour le travail pluridisciplinaire.

Lors d’opérations d’assainissement-démantèlement des risques opératoires peuvent apparaitre. Ces risques peuvent se manifester par des fuites et des propagations de liquides contaminés. Prévenir ces risques et surtout réagir rapidement et efficacement est très important pour circonscrire la contamination. Pour répondre à ce type de situation, le LICSEN de la DRF et la société AJELIS ont développé des matériaux de filtration chimique sélectifs sous forme textile. La forme textile compacte et manipulable permet de les employer sur des problèmes de fuites de canalisation, de structure ou d’épandages accidentels. Appliqués directement au sol sur le parcours des eaux de ruissellements, ces matériaux se comportent comme des nappes de sécurité chimique dont la fonctionnalité peut être ajustée selon la nature des éléments dissouts qu’il faut capter.



La thèse doit aborder les aspects liés à la chimie des matériaux pour réaliser des extractions sélectives qui doit être explorée pour aboutir à des matériaux de sélectivité soit large soit très ciblée afin de répondre aux besoins spécifiques de l’industrie de l’énergie du nucléaire. La résistance à la radiolyse et le devenir des matériaux en termes de stockage devront également être pris en compte dans la conception de ces matériaux.