UMR 3685 NIMBE : Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie
NIMBE (Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie) est une Unité Mixte de Recherche CEA‐CNRS (UMR 3685), spécialisée dans la conception, le façonnage et l'analyse de la matière de l’échelle du micron à l'échelle nanométrique, ainsi que la compréhension des mécanismes physicochimiques et leurs synergies à ces échelles.
L'ensemble de ces approches est appliqué en priorité aux grands enjeux sociétaux que sont les (nano)matériaux pour la gestion durable de l’énergie, le traitement de l'information, l’environnement, le diagnostic biomédical, le patrimoine…
NIMBE compte une centaine de chercheurs et techniciens permanents et s’appuie sur 7 laboratoires, tous membres d’un Labex :
- Laboratoire Archéomatériaux et prévision de l’altération (LAPA, commun avec l'IRAMAT UMR5060; Labex PATRIMA et PALM)
- Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l'Energie (LCMCE; Labex CHARMMMAT)
- Laboratoire d’Etude des Eléments légers (LEEL; PALM)
- Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS; NanoSaclay)
- Laboratoire Innovation en Chimie de Surface et Nanosciences (LICSEN; NanoSaclay)
- Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA; NanoSaclay)
- Laboratoire de Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM; PALM)
L’unité fait partie des membres fondateurs de la Fédération de chimie physique du plateau de Saclay (FR3510 CNRS).
Ses principaux domaines d’activité sont :
- Synthèse de nano-objets et matériaux nanostructurés, mise en forme et (nano)caractérisation et simulation: nanotubes de carbone et d'imogolite, nanoparticules par voies CVD et colloïdale, oxydes semiconducteurs poreux, copolymères à blocs…; mécanismes de nucléation, dynamique et réactivité dans les nanosystèmes; interfaces et fluides confinés; études sur les éléments légers dans les matériaux pour l'énergie; effets relativistes, équations intégrales.
- Nanochimie pour l’électronique : Co-intégration; lithographie douce; électronique moléculaire; électronique souple imprimée; architectures innovantes.
- Nanochimie pour la santé, l’environnement et le patrimoine : Capteurs et biocapteurs; imagerie RMN des interactions biologiques, notamment par des biosondes utilisant les gaz hyperpolarisés; auto-assemblage peptidique; vectorisation de médicaments; interactions entre vivant et environnement, toxicité, écotoxicité; archéométrie, patrimoine.
- Nanochimie pour la gestion durable de l'énergie : Stockage électrochimique (batteries); stockage chimique (H2, CO2); conversion chimique-électrique (Piles à Combustible); conversion lumière-électrique (photovoltaïque); cycles de vie et durabilité des matériaux; nanochimie et autres filières énergétiques.
- Instrumentation et modélisation en nanosciences : RMN portable; RMN ultrasensible par bruit de spin; détection de nanoparticules par spectrométrie de masse…
Presentation of the Division "Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy ".
The "Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy " research Unit
NIMBE (Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy) is a CEA-CNRS Joint Research Unit (UMR 3685), specialized in the design, shaping and analysis of matter from the micron to the nanometer scale, as well as the understanding of physicochemical mechanisms and their synergies at these scales.
All of these research approaches are applied in priority to the major societal challenges of (nano)materials for sustainable energy management, information processing, environment, biomedical diagnostics, ancient heritage materials, etc...
NIMBE gather about a hundred permanent scientists and technicians and relies on 7 laboratories (see above), all members of a Labex (Excellence laboratories).
Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)
NIMBE (Nanosciences and Innovation for Materials, Biomedicine and Energy) est une nouvelle Unité Mixte de Recherche CEA‐CNRS (UMR 3685), spécialisée dans la conception, le façonnage et l'analyse de la matière de l’échelle du micron à l'échelle nanométrique, ainsi que la compréhension des mécanismes physicochimiques et leurs synergies à ces échelles.
L'ensemble de ces approches est appliqué en priorité aux grands enjeux sociétaux que sont les (nano)matériaux pour la gestion durable de l’énergie, le traitement de l'information, l’environnement, le diagnostic biomédical, le patrimoine…
NIMBE compte une centaine de chercheurs et techniciens permanents et s’appuie sur 7 laboratoires, tous membres d’un Labex :
#2301 - Màj : 03/10/2022
Thèmes de recherche
Chimie de surface pour la biologie et la santé
Surfaces et biologie (voir le LICSEN...)
Électronique organique et moléculaire
L'électronique organique et moléculaire vise à développer un traitement de l'information basé sur différents types de nano-objets (molécules, bio-molécules, nanoparticules, nanotubes de carbone, graphène...).
Matériaux, nanomatériaux, matériaux pour l'énergie et matériaux du patrimoine
Les recherches fondamentales sur les matériaux permettent de développer des méthodes pour élaborer des matériaux complètement nouveaux aux propriétés originales.
Du fait de leur taille, les nanoparticules peuvent interagir avec les éléments du vivant, de la cellule à la molécule biologique. Ceci peut être mis à profit en médecine pour cibler des traitements, mais peut aussi présenter des effets indésirables, lors d'une forte exposition.
Physique et vivant / Physics and life
Trois " métiers " de l'IRAMIS trouvent une extension naturelle vers la biologie : L'ingénierie moléculaire, où les études d'interactions coopératives de molécules en solution trouvent une suite directe dans l'étude des protéines et des différents modes d'assemblage de molécules d'intérêt biologique, L'étude de la matière à haute densité d'énergie, où les travaux sur la radiolyse et les interactions rayonnement-molécule, se transposent directement à des molécules comme l'ADN, L'étude de la matière ultra divisée, domaine dans lequel les matériaux nanostructurés, la nanophysique et la biologie convergent naturellement.
De nombreuses méthodes sont développées par les équipes de l'IRAMIS pour développer des capteurs chimiques sensibles, sélectifs et efficaces. Pour ceci les nanotechnologies sont largement mises à contributions, avec l'utilisation de matériaux nanoporeux ou encore d'objets fonctionnalisés. + microfluidique nano-objets (effets plasmoniques, magnétiques, ...
Chimie environnementale et dépollution / Environmental chemistry and depollution
Les nanotechnologies offrent de nombreuses méthodes innovantes pour le piégeage de nombreux éléments polluants, chimiques, biologiques ou encore des métaux lourds. Des méthodes de dépollution à l'aide de filtres à base de matériaux nanoporeux ou de fibres de carbone fonctionnalisées sont ainsi développées au LICSEN.
Transformations catalytiques pour l’énergie
L’IRAMIS développe de nouveaux catalyseurs avec l'objectif de développer le stockage des énergies alternatives sous forme chimique, ou la conversion du CO2, la transformation de la biomasse, et le recyclage des déchets polymériques, trois sources de molécules de base pour l’industrie chimique, aujourd’hui issues de produits pétroliers.
Chimie quantique et simulations moléculaires
La chimie théorique utilise les méthodes de la chimie quantique et du calcul ab initio, pour modéliser les structures des molécules. A travers des potentiels d'interaction modéles tirés de ces simulations, la dynamique moléculaire classique permet de décrire leur comportement des assemblages chimiques. Au NIMBE/LCMCE cette activité porte essentiellement sur des composés de lanthanides ou d'actinides.
Caractérisation de matériaux pour l'énergie / Characterization of materials for energy
Les différentes filières énergétiques, telles que l'énergie nucléaire ou encore les nouvelles technologies autour de l'hydrogène, vecteur énergétique, ou le photovoltaïque, demandent des matériaux adaptés, dont il faut tester la durabilité et la fiabilité.
Matériaux nanostructurés pour l’énergie / Nanostructured materials for energy
L’IRAMIS développe des matériaux nanostructurés pour les dispositifs photovoltaïques (PV) organique ou hybride : nanoparticules de silicium dopées ou non incluses dans différentes matrices, molécules spécifiques aux couches d’interface de cellules PV organiques, nanotubes de carbone fonctionnalisés par des chromophores, nanoparticules d’oxydes TiO2 dopées ou non en azote pour les cellules solaires à colorant cellules PV à base de Perovskite.
Au delà des études visant à mieux comprendre et prédire l'altération des métaux anciens, l'équipe du LAPA utilise la science des matériaux et les méthodes de la chimie pour comprendre certains aspects des sociétés antiques en lien avec leur niveau technologique.
La plupart des synthèses chimiques sont réalisées en milieu liquide. Pour l'élaboration de nanoparticules et les nanomatériaux, de multiples méthodes de synthèse en phase gaz se révèlent particulièremetn utiles et performantes .
Interfaces, fluides complexes et microfluidique
Selon le domaine (énergies bas carbone, nanosciences pour les technologies de l'information et de la santé (RF-TIS), interaction rayonnement-matière) plusieurs équipes de l'IRAMIS sont impliquées sur cette thématique.
L'incorporation de nano-objets ou la nanostructuration (à une échelle < 100 nm) au sein d'un matériau (solide cristallisé ou matière molle) permettent d'élaborer des "nanomatériaux" aux propriétés physico-chimiques nouvelles (réactivité chimique, propriétés mécanique ou électrique, biologique...).
Plusieurs pays envisagent de développer une technologie de barrières multiples pour la sécurité du stockage des déchets nucléaires. Une question centrale est de savoir modéliser le comportement sur le long terme (soit 100 à 1000 ans) des matériaux utilisés, en particulier des containers, en acier faiblement allié, et de la matrice vitrifiée.
Groupes de recherche / Laboratoires
Le Laboratoire "Archéomatériaux et Prévision de l’Altération" LAPA réunit des équipements et des chercheurs du CEA (NIMBE) et du CNRS (NIMBE UMR3685 et IRAMAT UMR7065). Le LAPA est spécialisé dans l’étude des systèmes composites constitués pour partie de matériaux métalliques.
Au sein du Laboratoire d’Étude des Éléments Légers (LEEL), les thèmes de recherche se concentrent autour du comportement des éléments légers dans les matériaux pour l'énergie. Les activités vont de la synthèse des matériaux à la caractérisation.
LICSEN was created in January 2014 by association within the NIMBE (UMR 3685) of the former groups LCSI (SPCSI) and LEM (SPEC)
The LICSEN (Laboratory of Innovation in Surface Chemistry and Nanosciences) combines chemists and physicists (14 CEA staff members, 2 university associates, ~14 Ph.D students and postdoctoral fellows) around a core expertise in the field of chemical functionalization of surfaces and nanomaterials.
LCMCE
Le Laboratoire de Chimie Moléculaire et Catalyse pour l'Energie (LCMCE) est spécialisé dans l’étude et la synthèse de composés moléculaires actifs, basés sur la chimie des métaux de transition, des éléments f et des éléments du groupe principal.
Responsable : Mathieu Pinault
Le LEDNA (Laboratoire Edifices Nanométriques) comprend 18 permanents et une douzaine de doctorants, post-doctorants et CDD.
Axée sur la recherche fondamentale en nanosciences, son expertise porte sur le développement, selon une approche bottom-up, de méthodes de synthèse et d’élaboration de nano-objets ou matériaux nanostructurés originaux.
LIONS 
Gold, emulsions, imogolites and microfluidics
Découvrez le site internet du groupe Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS).
Discover the internet WEBsite of the LIONS (Interdisciplinary Laboratory on Nanoscale and Supramolecular Organization).
LSDRM
Le Laboratoire de Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LSDRM) fait partie du NIMBE - UMR CEA-CNRS 3685.
Les recherches menées au LSDRM sont centrées sur le développement et l’utilisation de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).
Domaines Techniques
Les laboratoires de l'IRAMIS maitrisent de nombreux procédés de synthèse chimique en phase gaz (production de nanoparticules) ou en solution (molécules, catalyseurs...), avec l'objectif de développer de nouveaux procédés chimiques (chimie verte, énergie, recyclage...), d'élaborer des nanomatériaux, ou encore pour obtenir des cristaux de céramiques de haute qualité (supraconducteurs notamment).
Analyse chimique en ligne au LEDNA
Analyse en ligne de jets de nanoparticules
Analyses thermogravimétriques au LEDNA
CVD pour la synthèse de nanotubes de carbone verticalement alignés et de graphène
Dépôt de films minces à partir de la voie liquide
Mesures de surface spécifique et porosité (LEDNA)
Nanofabrication : Mélange et dispersion de nanoparticules ou de nanotubes de carbone
Recuit 2200°c sous atmosphère inerte / Poste de pesée fractionnement
Simulation numérique pour la catalyse au LCMCE / LCMCE numerical simulation for catalysis
La spectrométrie de masse est une technique instrumentale d’analyse reposant sur la séparation, l’identification et la quantification des éléments constitutifs d’un échantillon en fonction de leur masse. Ainsi les atomes, molécules ou aggrégats sont extraits sous forme d'ions, puis triés par un système dispersif : secteur de champ électrique ou magnétique, filtre quadripolaire ou temps de vol.
Si les surfaces possèdent intrinsèquement des propriétés intéressantes (propriétés optiques ou magnétiques, interface électronique, catalyse, fonction biologique, ...), des fonctions spécifiques peuvent être ajoutées par nanostructuration, ou en déposant un revêtement, ou encore par l'adsorption ou le greffage de molécules aux propriétés spécifiques.
Les rayons X, rayonnement électromagnétique au delà de l'ultra-violet lointain, couvrent une gamme de longueur d'onde autour du dixième de nanomètre. Cette distance est de l'ordre de la distance entre atomes dans la matière condensée. Ainsi les rayons X peuvent interagir avec ces atomes (diffraction) ou les électrons (diffusion).
Patrick Berthault (NIMBE) et C. Fermon (SPEC)
Alternative à la diffraction des rayons X, la RMN est une méthode ben adaptée à l’étude des protéines et la caractérisation des produits chimiques de synthèse, ainsi que l’étude des matériaux désordonnés comme les verres, les polymères ou les bétons.
Noble gas spin-exchange optical pumping (SEOP) setup in a van
Plusieurs types de microscopies électroniques sont disponibles à l'IRAMIS :
- Microscopie à transmission (TEM : Transmission Electron Microscope), qui permet d'atteindre les plus hautes résolutions par diffusion/difffraction d'un faisceau d'électrons à travers un échantillon ultra-mince
- Microscopie MEB et MEB-FEG (SPAM et SIS2M), ou microscopie à balayage, pour laquelle un faisceau d'électrons balaye la surface de l'échantillon permettant d'obtenir une image de sa surface.
L'éclairement, par un rayonnement suffisamment énergétique, de la surface d'un matériau peut conduire à l'émission d'électrons dont la spectroscopie (étude en énergie) apporte des informations sur la composition de la surface étudiée.
X-rays are used to investigate the structural properties of solids, liquids or gels. Photons interact with electrons, and provide information about the fluctuations of electronic densities in heterogeneous matter. A typical experimental set-up is shown on Figure : a monochromatic beam of incident wave vector is selected and falls on the sample. The scattered intensity is collected as a function of the so-called scattering angle 2 teta.
SWAXS Lab -Saclay : The SAXS/ GISAXS/ X-ray reflectomer beamline
La microscopie électrochimique (SECM, pour Scanning ElectroChemical Microscopy) est une technique électrochimique qui s’est développée à partir de la fin des années 90. Elle consiste à approcher une électrode de taille micrométrique d’une surface qu’on cherche à étudier.
Permanents impliqués : Mickaël Bouhier, Jean-Charles Méaudre.
La Reflectance Transformation Imaging (RTI), ou imagerie de transformation par réflectivité, est une méthode d’imagerie basée sur la compilation de clichés dont la seule variable est l’orientation de la source lumineuse. Cette technique, dite 2.
L'électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux -entre autre pour l'énergie.
A l’IRAMIS, l’électrochimie est utilisée dans une large diversité de situations, que ce soit pour analyser des processus (corrosion, mécanismes de réactions en solution, etc... ) ou pour caractériser des matériaux. Dans ce dernier volet, l’iramis a de nombreuses activités en électrocatalyse, dans les batteries, ou en biodétection.
La microfluidique est la science et la technologie des systèmes qui manipulent et transforment de petites quantités de fluides (nanolitre à attolitre), en utilisant des canaux de quelques dizaines à plusieurs centaines de micromètres de dimension. Depuis une décennie, la microfluidique est devenue un outil puissant utilisé en recherche fondamentale et appliquée.
Voir aussi
Voir aussi
Laboratoire d'Innovation en Chimie des Surfaces et Nanosciences (LICSEN) :
Chemical Functionnalization of Surfaces
► Mechanisms of surface and nanomaterial modifications
► Application-oriented surface modifications : Graftfast®, Polymer metallization, the SEEP process, Substitution of Cr(VI), Antibacterial surfaces, Surfaces for water depollution
► Local chemical functionnalization using printing techniques
Chemistry of Nanomaterials
► Bottom-up synthesis of graphene quantum dots : single photon emitters
► Fonctionnalization of nanocarbons : carbon nanotubes, fullerenes, graphene
► Graphene oxide chemistry : synthesis and manipulation of graphene oxide, graphene oxide local reduction and electrochemical functionnalization
PV, Catalysis & Photo-catalysis for Energy
► Proton exchange membrane fuel cell and Electrolyzer : bio-inspired catalysts for hydrogen evolution and uptake, oxygen reduction reaction : bio-inspired catalysts, N-enriched carbon nanotubes, non-noble metal catalysts
► Photovoltaic : Perovskite-based solar cells (halide ionic migration (2017), degradation mechanisms (2018).
Laboratory 'Structure and Dynamics by Magnetic Resonance' : Version française
The Laboratory 'Structure and Dynamics by Magnetic Resonance' (LSDRM) belongs to NIMBE, UMR CEA/CNRS 3685.
The research axes are centered on the conception and the use of new NMR tools. Cutting edge methods and original approaches are proposed, from instrumental developments to molecular simulations.
Faits marquants scientifiques
15 mars 2023
Découverte : Notre-Dame de Paris est désormais identifiée comme la première cathédrale gothique de l’histoire, où le fer a été pensé comme un véritable matériau de construction.
14 mars 2023
Les plastiques, légers et peu onéreux, sont souvent préférés comme matériaux de contenant pour les produits alimentaires, ménagers ou de pharmacie. Une recherche active reste de mise pour garantir que le plastique choisi est bien inerte vis-à-vis du contenu et ne détériorera pas ses qualités.
29 septembre 2022
Face au défi mondial de la transition énergétique et de l’indépendance énergétique, d'intenses recherches académiques et industrielles sont poursuivies sur différents dispositifs de stockage d'énergie, dont les batteries et les super-condensateurs, pour atteindre une production d'électricité décarbonée.
08 juin 2022
Du fait de leurs propriétés optiques dans le domaine visible, les nanoparticules d’or (Au-NPs) ont de nombreuses applications dans multiples domaines et plusieurs entreprises produisent et commercialisent aujourd'hui des Au-NPs, en particulier aux USA et en Asie.
13 avril 2022
Les molécules possédant une liaison Si-H, ou hydrosilanes*, sont des composés essentiels dans l’industrie du silicium, mais leur production est difficile et énergivore.
13 janvier 2022
Depuis fin 2018, l'Alliance NTU Singapour - CEA pour la recherche en économie circulaire (SCARCE), premier laboratoire commun du CEA localisé à l’étranger, focalise ses efforts sur le recyclage des déchets électroniques.
13 septembre 2021
Pour le stockage de l’énergie, les batteries lithium-oxygène (Li-O2) sont envisagées comme une alternative prometteuse aux batteries lithium-ion actuelles. Elles offrent en effet des énergies spécifiques théoriques bien plus élevées que les batteries actuelles (~ 3500 Wh/kg vs. 160 Wh/kg pour le Li-ion).
10 juin 2021
Les équipes NIMBE/LIONS du CEA-Iramis et "Régulation transcriptionnelle des génomes" de CEA-Joliot/I2BC se sont associées pour développer et valider un système innovant d’automatisation de cultures de cellules.
18 mai 2021
Les batteries d'accumulateurs rechargeables lithium-oxygène (Li-O2), ou lithium-air, sont des alternatives possibles aux batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Elles offrent en effet une énergie spécifique théoriquement élevée de l'ordre de ~ 3500 Wh kg-1, plus de dix fois supérieure à celle des accumulateurs Li-ion actuels.
12 mars 2021
Les imogolites sont des nanotubes d’aluminosilicate à forte courbure interne, dont l'architecture en fil nanométrique se prête à de multiples possibilités de fonctionnalisations chimiques.
26 janvier 2021
La "corona" désigne l'enveloppe de protéines qui entoure spontanément toute nanoparticule plongée dans un milieu biologique. Elle joue un rôle important dans les mécanismes couramment en jeu en nanomédecine et nanotoxicologie.
21 janvier 2021
Après le retraitement des combustibles nucléaires, le stockage des déchets radioactifs ultimes est une nécessité.
08 novembre 2020
L'électrification automobile et le stockage des énergies renouvelables sont aujourd'hui dominés par la technologie des batteries Li-ion, qui dépend de ressources comme le lithium, le graphite, le cuivre et certains métaux de transition disponibles en quantités limitées et/ou géographiquement inégalement répartis.
20 octobre 2020
Le CEA, associé à l’ENS Paris-Saclay, et les Universités de Rennes et de San José (USA), a développé de nouvelles molécules émettrices de lumière pour la réalisation de diodes électroluminescentes organiques (OLEDs).
28 septembre 2020
Inauguré en mars 2019, le laboratoire commun entre l'Université technologique Nanyang (NTU) de Singapour et le CEA affiche ses premières publications co-signées par des chercheurs de NTU, du CEA-Iramis (NIMBE/LICSEN), de l’ICSM et de la DES à Marcoule.
22 septembre 2020
La contamination bactérienne des surfaces est une problématique majeure dans de nombreux domaines, comme le médical ou l’agroalimentaire. La physiologie particulière des bactéries en surface et le développement de souches multi-résistantes sont deux facteurs qui réduisent l'efficacité des agents antimicrobiens.
12 juillet 2020
Les nanomédicaments sont considérés comme des thérapies prometteuses pour le traitement du cancer. Cependant, leur utilisation clinique reste encore limitée, dû en partie au fait que leur comportement biologique n'est pas encore vraiment élucidé.
12 juin 2020
Dans la production industrielle de méthanol (CH3OH), l'atome de carbone est usuellement issu du méthane (CH4), provenant pour l'essentiel de gisements de pétrole, gaz naturel et de schistes. Une nouvelle stratégie pour préparer le méthanol à partir de l'acide formique (HCOOH), lui-même issu du CO2, est présentée par une équipe du NIMBE/LCMCE.
14 avril 2020
Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.
07 janvier 2020
Formuler un substitut sanguin capable de transporter efficacement l’oxygène, sans toxicité biologique ou chimique, et dont la préparation serait peu coûteuse pour de très grandes quantités, est un graal qui remonte au XVIIème siècle [1].
18 septembre 2019
Des chercheurs de l’I2BC@Saclay et de l’UMR NIMBE, en collaboration avec le Laboratoire Léon Brillouin (LLB), ont analysé la structure de la couronne composée de deux protéines modèles adsorbées sur des nanoparticules de silice, en utilisant la technique de diffusion des neutrons aux petits angles.
![L’ion uranyle [UO2]2+ : un catalyseur efficace pour la réduction de doubles liaisons C=O](http://iramis.cea.fr/Images/astImg/mr_3153_1.jpg)
11 septembre 2019
La réduction catalytique de composés organiques comportant des liaisons C=O suscite de nombreuses études en chimie fine pour former des molécules d’intérêt (éthers, alcools…), mais l’obtention sélective d’un produit de réaction est parfois difficile. Le choix du catalyseur et du réducteur joue ici un rôle essentiel.
23 avril 2019
Cette étude propose une méthode innovante de détection de protéines intracellulaires qui associe fluorescence et résonance magnétique, en combinant l’utilisation d’un fluorophore activable de très petite taille et l’exploitation de la grande sensibilité d’un traceur RMN non toxique, le xénon, dont le spin nucléaire est hyperpolarisé.
12 février 2019
Des chercheurs du SCBM (Institut Joliot) en collaboration avec l'équipe LCMCE du NIMBE (CEA/CNRS) ont mis au point une méthode de marquage au carbone 14 de molécules organiques d’intérêt thérapeutique, basée sur l’échange dynamique de dioxyde de carbone.
04 février 2019
L'émergence des véhicules électriques et du stockage des énergies renouvelables souligne le besoin d’augmenter la densité énergétique des batteries tout en diminuant leurs coûts et en améliorant leur sécurité.
07 janvier 2019
Une large collaboration de chercheurs a mis au point une nouvelle méthode permettant d’améliorer la capacité de stockage et de réduire le coût de production des batteries lithium-ion. La technologie proposée est basée sur l’irradiation des matériaux, de façon similaire à ce qui se fait par exemple dans les industries de traitement des aliments, des médicaments et des eaux usées.
16 novembre 2018
Diverses anomalies peuvent affecter le transport de l’oxygène par le sang et nécessiter une transfusion. Afin d’éviter les problèmes liés aux transfusions, comme la disponibilité ou les contaminations, la recherche de substituts sanguins est indispensable.
08 octobre 2018
Les nanomatériaux manufacturés sont largement utilisés pour de nombreuses applications. Certains d’entre eux peuvent être considérés comme dangereux pour la santé car ils pourraient provoquer des effets inflammatoires, respiratoires, cardiovasculaires ou neurologiques.
01 octobre 2018
Le CEA et le CNRS, et la Société CortecNet, avec le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR), lancent leur laboratoire commun "Desir" (Détection efficace et sensible d'intermédiaires réactionnels par RMN). L'objectif est de développer les instruments permettant le suivi in situ de synthèses chimiques par RMN (Résonance magnétique nucléaire).
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Thèses
| 23 sujets IRAMIS/NIMBE |
Dernière mise à jour :
Catalyseurs innovants à atomes isolés pour l’hydrogénation et la déshydrogénation du CO2 et des LOHC
SL-DRF-23-0385
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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| Directeur de thèse : |
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=cgenre
Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/thibault.cantat/index.php
Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/LCMCE/
Les catalyseurs à atomes isolés (ou single-atom catalysts, SAC) sont des catalyseurs solides dont tous les atomes métalliques actifs sont isolés et stabilisés sur un support, ou par un alliage avec un autre métal. L’activité étant porté par des atomes métalliques isolés, leur sélectivité est excellente, et les qualités des SAC s’approchent de celles de catalyseurs homogènes tout en offrant les avantages de robustesse et d’aisance de manipulation des catalyseurs solides. Les SACs, qui permettent une forte économie en métaux catalytiques, sont de bons candidats pour la mise en place de transformations favorisant l’économie circulaire du carbone et le stockage d’énergie par le vecteur hydrogène. En particulier, ils peuvent jouer un rôle important pour l’hydrogénation du CO2 ainsi que pour les réactions d’hydrogénation et déshydrogénation de porteurs d’hydrogène liquides organiques (LOHC), qui sont un élément essentiel pour le transport et le stockage d’énergie par le vecteur hydrogène. Cependant ils restent assez peu décrits pour ces transformations, et les exemples existants impliquent le plus souvent des métaux nobles (Pd, Pt, Au).
L’objectif de cette thèse est double. D’une part, il s’agit de synthétiser et caractériser des catalyseurs à atomes isolés innovants à base de métaux non-nobles, (Ru, Fe, Mn, Co, Cu) capables de catalyser l’hydrogénation réversible de liaisons C=O dans le CO2 et le couplage déshydrogénant d’alcools avec l’eau et d’alcools entre eux. D’autre part, il s’agit d’explorer les possibilités des systèmes alcool + eau/acide carboxylique comme LOHC.
Le travail consistera à synthétiser, caractériser et tester l’activité catalytique de différents catalyseurs à atomes isolés. L’étudiant sera formé aux techniques de synthèse sous atosphère inerte, de catalyse en réacteurs sous pression, ainsi qu’à l’utilisation de diverses techniques d’analyse : SEM, HR-TEM, HAADF-TEM, EDX, XPS, XRDm
L’objectif de cette thèse est double. D’une part, il s’agit de synthétiser et caractériser des catalyseurs à atomes isolés innovants à base de métaux non-nobles, (Ru, Fe, Mn, Co, Cu) capables de catalyser l’hydrogénation réversible de liaisons C=O dans le CO2 et le couplage déshydrogénant d’alcools avec l’eau et d’alcools entre eux. D’autre part, il s’agit d’explorer les possibilités des systèmes alcool + eau/acide carboxylique comme LOHC.
Le travail consistera à synthétiser, caractériser et tester l’activité catalytique de différents catalyseurs à atomes isolés. L’étudiant sera formé aux techniques de synthèse sous atosphère inerte, de catalyse en réacteurs sous pression, ainsi qu’à l’utilisation de diverses techniques d’analyse : SEM, HR-TEM, HAADF-TEM, EDX, XPS, XRDm
Nanostructures à base de porphyrines
SL-DRF-23-0001
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/
Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/
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.
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.
Relation structures - propriétés dans les nanoparticules de graphène
SL-DRF-23-0002
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/stephane.campidelli/
Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/
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.
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.
Réactivité chimique des matrices polymères au cours du vieillissement : formation de composés non intentionnels et implications pour le recyclage des plastiques
SL-DRF-23-0044
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2023
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Le recyclage des 460 millions de tonnes de plastiques produits chaque année représente un enjeu environnemental et énergétique majeur du 21e siècle. L’utilisation de plastiques recyclés constitue un important levier pour réduire les émissions globales de CO2 associées à la production et à la transformation des plastiques vierges. Notre capacité à recycler les plastiques reste cependant fortement limitée par l’apparition de nouveaux composés chimiques au cours du vieillissement des matières à recycler. Nous proposons dans cette thèse d'étudier le vieillissement des additifs des plastiques en combinant une étude historique et une approche expérimentale. Dans une première approche, nous documenterons les compositions et procédés de transformation des matières plastiques à partir de 1950, et, à partir d'échantillons datés, les composés nouveaux formés lors du vieillissement. Dans une seconde approche, nous simulerons les processus de vieillissement par irradiation contrôlée, de façon à reconstituer la ou les chaines réactionnelles. Les produits issus des vieillissements naturels et artificiels seront étudiés en terme de toxicité.
Stabilité de cellules et modules pérovskites triple mésoscopiques en conditions réelles d'utilisation extérieure
SL-DRF-23-0165
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Pour réussir leur entrée sur le marché du photovoltaïque, les cellules solaires à pérovskite doivent encore relever plusieurs défis de taille. L'évolutivité des processus et la stabilité des dispositifs doivent être assurées. Cette dernière en particulier a longtemps été l'une des principales causes de scepticisme et est encore sous-estimé dans la plupart des études.
Les conditions de fonctionnement en extérieur sont rarement prises en compte et seuls quelques rapports peuvent être trouvés. Tous les rapports montrent que, à mesure que le temps de test augmente, les dispositifs subissent des dégradations réversibles et, plus important encore, irréversibles, qui ne sont potentiellement pas détectées lors du suivi du point de puissance maximale (MPP) à température et à irradiance constantes d'un soleil, confirmant la nécessité de tests en extérieur dans des conditions opérationnelles réelles.
Cette thèse s'appuie sur : la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs destinés à être placés sur banc d'essai extérieur pour des essais en conditions opérationnelles.
Les conditions de fonctionnement en extérieur sont rarement prises en compte et seuls quelques rapports peuvent être trouvés. Tous les rapports montrent que, à mesure que le temps de test augmente, les dispositifs subissent des dégradations réversibles et, plus important encore, irréversibles, qui ne sont potentiellement pas détectées lors du suivi du point de puissance maximale (MPP) à température et à irradiance constantes d'un soleil, confirmant la nécessité de tests en extérieur dans des conditions opérationnelles réelles.
Cette thèse s'appuie sur : la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs destinés à être placés sur banc d'essai extérieur pour des essais en conditions opérationnelles.
Synthèse d’hydroborane et borohydrure par hydrogénolyse pour le stockage de l’hydrogène
SL-DRF-23-0365
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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L'hydrogène est un excellent support de stockage d'énergie, en particulier dans le cadre d’une transition énergétique qui s’appuierait sur des énergies renouvelables intermittentes. Se pose toutefois la problématique de son stockage et de son transport, plusieurs technologies sont actuellement explorées et le stockage de l’hydrogène dans des matériaux solides est une option qui présente plusieurs avantages. Les borohydrures, en particulier ceux de métaux alcalins sont des matériaux solides stables permettant de stocker une quantité importante d’hydrogène en proportion massique (19 wtH2% pour LiBH4, 10 wtH2% pour NaBH4). Cependant leur utilisation est encore limitée en raison de synthèse et de recyclage très énergivores.
Nous proposons lors de cette thèse de développer de nouvelles méthodologies afin de générer des hydrures de bore à partir d’hydrogène afin d’immobiliser ce dernier dans des matériaux solides pour des utilisations de stockage énergétique. La transformation des liaisons B-X (X : O, Cl) vers leurs équivalents B-H représente un véritable défi en raison d’une part de la forte affinité du bore avec l’oxygène mais également de l’hydricité importante des composés cibles qui en font des donneurs d’hydrure réactifs. Des travaux analogues ont été décrits au LCMCE ainsi que par d’autres groupes pour la synthèse d’hydrosilanes et s’appuient sur des catalyseurs à base de métaux de transition mais aussi d’organo-catalyseurs à base de bore.
Ce projet doctoral permettra au doctorant de développer des compétences pointues en catalyse homogène, caractérisation de complexes moléculaires, et manipulation de gaz.
Nous proposons lors de cette thèse de développer de nouvelles méthodologies afin de générer des hydrures de bore à partir d’hydrogène afin d’immobiliser ce dernier dans des matériaux solides pour des utilisations de stockage énergétique. La transformation des liaisons B-X (X : O, Cl) vers leurs équivalents B-H représente un véritable défi en raison d’une part de la forte affinité du bore avec l’oxygène mais également de l’hydricité importante des composés cibles qui en font des donneurs d’hydrure réactifs. Des travaux analogues ont été décrits au LCMCE ainsi que par d’autres groupes pour la synthèse d’hydrosilanes et s’appuient sur des catalyseurs à base de métaux de transition mais aussi d’organo-catalyseurs à base de bore.
Ce projet doctoral permettra au doctorant de développer des compétences pointues en catalyse homogène, caractérisation de complexes moléculaires, et manipulation de gaz.
Utilisation de gaz issus du CO2 pour la synthèse de molécules à haute valeur ajoutée
SL-DRF-23-0324
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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La synthèse industrielle de produits chimiques repose actuellement sur des voies d’oxydation de composés fossiles. Dans le contexte actuelle de transition énergétique et de réduction de la dépendance aux produits pétroliers, de nouvelles voies de sources de carbone doivent être utilisées pour permettre de maintenir la production de ces composés indispensables à nos sociétés. Le CO2 est un bon candidat, mais est peu réactif. Sa conversion en CO, couplé à la production d’H2 par électrolyse, permet la formation de syngas (mélange CO:H2) qui est un gaz réactif permettant la synthèse de nombreux produits chimiques, entre autres grâce au procédé Fisher-Tropsch.
Nous proposons dans ce projet de thèse de concevoir de nouveaux catalyseurs permettant la synthèse d’alkylamines par réaction de Fisher-Tropsch sur des amines, en utilisant des syngas issus de sources renouvelables. Le ou la doctorant(e) cherchera de nouveaux catalyseurs, les optimisera, en les testant dans la réaction de Fisher-Tropsch sur amines. L’objectif sera d’avoir un catalyseur à la fois efficace, sélectif, et peu sensible à des contaminants tels que O2 ou H2O. Une fois ce système optimisé, le catalyseur sera testé dans des dispositifs à concevoir et construire, permettant l’utilisation de syngas réels fournis par d’autres groupes au CEA, formés par gaséification de biomasse par exemple.
Nous proposons dans ce projet de thèse de concevoir de nouveaux catalyseurs permettant la synthèse d’alkylamines par réaction de Fisher-Tropsch sur des amines, en utilisant des syngas issus de sources renouvelables. Le ou la doctorant(e) cherchera de nouveaux catalyseurs, les optimisera, en les testant dans la réaction de Fisher-Tropsch sur amines. L’objectif sera d’avoir un catalyseur à la fois efficace, sélectif, et peu sensible à des contaminants tels que O2 ou H2O. Une fois ce système optimisé, le catalyseur sera testé dans des dispositifs à concevoir et construire, permettant l’utilisation de syngas réels fournis par d’autres groupes au CEA, formés par gaséification de biomasse par exemple.
Batteries tout-solide à base d’électrolytes composites polymère-ceramique : caractérisation multi-échelle et compréhension des phénomènes aux interfaces
SL-DRF-23-0607
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/leel/
Voir aussi : http://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/
Les batteries lithium-ion, largement présentes dans notre vie quotidienne, ont révolutionné les applications portables et sont maintenant utilisées dans les véhicules électriques. Cependant, le développement de nouvelles générations de batteries pour les futures applications dans le transport et le stockage d'électricité à partir de sources renouvelables est vital pour atténuer le réchauffement climatique. Le sodium est plus abondant sur terre que le lithium et donc attractif notamment pour des applications de stockage stationnaire à grande échelle. La technologie lithium-ion est généralement considérée comme la solution privilégiée pour les applications nécessitant une haute densité d’énergie, alors que la technologie sodium-ion est particulièrement intéressante pour des applications qui requièrent de la puissance.
Néanmoins, les batteries à électrolyte liquide présentent des risques environnementaux comme les fuites et peuvent connaitre occasionnellement des problèmes de sécurité. Face aux exigences de respect de l’environnement et de sécurité, les batteries tout solide à base d’électrolytes solides, peuvent apporter une solution efficace tout en répondant aux besoins accrus de stockage d’énergie. Les verrous à lever pour permettre le développement de la technologie batterie "tout solide" résident essentiellement dans la recherche de nouveaux électrolytes solides chimiquement stables et ayant de bonnes performances électriques, électrochimiques et mécaniques. Dans cet objectif, ce projet de thèse vise à développer des électrolytes solides composites « céramique/polymère » ayant une performance élevée et une sécurité renforcée. Des caractérisations par spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) seront réalisées afin de comprendre la dynamique cationique (par Li+ ou Na+) à l’échelle macroscopique dans les électrolytes composites, tandis que la dynamique locale sera sondée à l'aide de techniques avancées de RMN à l'état solide (relaxation du 23Na/7Li, RMN 2D, RMN in-situ & operando). D’autres techniques de caractérisation comme la Diffraction des rayons X et des neutrons, l’XPS, la chrono-ampérométrie, le GITT…seront mises en œuvre pour une parfaite compréhension de la structure des électrolytes ainsi que des mécanismes de vieillissement aux interfaces électrolyte/électrolyte et électrolyte/électrode de la batterie tout solide.
Mots clés : électrolyte solide composite, batterie tout solide, interfaces, caractérisation multi-échelle, dynamique des ions Li+ et Na+, performance électrochimique, RMN du solide, diffraction RX/neutrons.
Néanmoins, les batteries à électrolyte liquide présentent des risques environnementaux comme les fuites et peuvent connaitre occasionnellement des problèmes de sécurité. Face aux exigences de respect de l’environnement et de sécurité, les batteries tout solide à base d’électrolytes solides, peuvent apporter une solution efficace tout en répondant aux besoins accrus de stockage d’énergie. Les verrous à lever pour permettre le développement de la technologie batterie "tout solide" résident essentiellement dans la recherche de nouveaux électrolytes solides chimiquement stables et ayant de bonnes performances électriques, électrochimiques et mécaniques. Dans cet objectif, ce projet de thèse vise à développer des électrolytes solides composites « céramique/polymère » ayant une performance élevée et une sécurité renforcée. Des caractérisations par spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) seront réalisées afin de comprendre la dynamique cationique (par Li+ ou Na+) à l’échelle macroscopique dans les électrolytes composites, tandis que la dynamique locale sera sondée à l'aide de techniques avancées de RMN à l'état solide (relaxation du 23Na/7Li, RMN 2D, RMN in-situ & operando). D’autres techniques de caractérisation comme la Diffraction des rayons X et des neutrons, l’XPS, la chrono-ampérométrie, le GITT…seront mises en œuvre pour une parfaite compréhension de la structure des électrolytes ainsi que des mécanismes de vieillissement aux interfaces électrolyte/électrolyte et électrolyte/électrode de la batterie tout solide.
Mots clés : électrolyte solide composite, batterie tout solide, interfaces, caractérisation multi-échelle, dynamique des ions Li+ et Na+, performance électrochimique, RMN du solide, diffraction RX/neutrons.
Simulations ab initio de catalyseurs pour la chimie verte
SL-DRF-23-0719
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/rodolphe.pollet/
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/lsdrm/
La catalyse est aujourd’hui au cœur des procédés industriels de la chimie. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à des applications industrielles en pharmacologie, en agrochimie, en chimie de synthèse, ou en chimie des polymères, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. Pour des raisons autant environnementales que sociétales, l’un des enjeux majeurs aujourd’hui est de découvrir des catalyseurs sans métaux de transition, non toxiques, non corrosifs, et disponibles à un coût modéré. Un exemple de catalyseur remplissant ces critères est l'hydroxyde de choline.
Pour cette thèse, l’étudiant sera formé à la technique de simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction d'hydratation de différents nitriles aromatiques en faisant varier les conditions de l’expérience in silico. Il devra aussi effectuer en amont des calculs de chimie quantique permettant de décrire l’ensemble des interactions inter et intramoléculaires existantes. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en solution aqueuse et devra être appliquée au domaine innovant de la chimie verte.
Pour cette thèse, l’étudiant sera formé à la technique de simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction d'hydratation de différents nitriles aromatiques en faisant varier les conditions de l’expérience in silico. Il devra aussi effectuer en amont des calculs de chimie quantique permettant de décrire l’ensemble des interactions inter et intramoléculaires existantes. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en solution aqueuse et devra être appliquée au domaine innovant de la chimie verte.
Système d'irradiation de biogaz
SL-DRF-23-0585
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/marie.geleoc/
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/lions/
Voir aussi : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=jrenault
Dans le mix énergétique actuel, le gaz est une énergie immédiatement disponible, stockable et qui s’appuie sur un réseau très large de distribution. Il est envisageable de remplacer complétement le gaz fossile par un gaz d’origine 100% renouvelable à horizon 2050. La méthanisation est la source la moins chère pour arriver à cet objectif. Cependant, la qualité des biogaz est beaucoup plus fluctuante que celle des gaz fossiles et des gaz "Power to gas". Ils nécessitent de fait des étapes de purification complexes et d’analyse avant de les injecter sur le réseau.La radiolyse (dégradation par les rayonnements ionisants) des impuretés pourrait être une méthode de choix pour mener à bien cette purification de façon simple, voire proposer des méthodes de stockage alternatif par fonctionnalisation du biométhane.
Nano-assemblages lipidiques à visée thérapeutique dans un milieu biomimétique : transformation et interactions
SL-DRF-23-0369
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Pisp/index.php?nom=frederic.gobeaux
Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/lions/index.html
Voir aussi : https://www.umr-cnrs8612.universite-paris-saclay.fr/presentation_pers.php?nom=lepetre
Donner une vision générale de la stabilité colloïdale de nanoparticules en milieu biologique reste difficile au regard de la complexité des milieux biologiques et de la diversité des nanoparticules en terme de distribution de taille, forme, nature de surface externe et nanostructuration. En particulier, le nombre d’études physico-chimiques sur des particules organiques "molles" obtenues par auto-assemblage de bioconjugués reste faible. Pour comprendre comment les caractéristiques physico-chimiques de nanoparticules "molles" orientent leurs interactions avec les protéines du sang, nous proposons en collaboration avec l’institut Galien d’étudier un cas concret où la nanostructuration et la charge de surface des nanoparticules donnent des résultats thérapeutiques différents (activité analgésique). L’objectif est d’étudier en détails comment des nanoparticules formées par auto-assemblages de bioconjugués interagissent avec un milieu biologique modèle, en prenant en compte aussi bien les principaux composants (albumine, hémoglobine et lipoprotéines) que le flux hydrodynamique inhérent à la circulation sanguine.
Séparation de phases de polyélectrolytes : aspects fondamentaux et application aux membranes
SL-DRF-23-0742
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/patrick.guenoun/index.html
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/lions/
Le projet est expérimental et s’intéresse à l'étude de nouvelles familles de polyélectrolytes (PE) en déterminant leurs diagrammes de phases en fonction des variations de température, de sel ajouté ou de pH. Cela se fera par voie optique (microscopie, diffusion) au CEA Saclay. Une fois les diagrammes établis, la séparation de phase (PS) des solutions de PE sera étudiée par microscopie confocale à fluorescence pour déterminer les lois de croissance et le comportement d'échelle des séparations. La séparation de phases est un processus dynamique qui sera initié par une trempe en température ou en concentration, suivie par l'acquisition de séries temporelles d'images ou de fonctions de corrélation. Elle mènera à la formation de structures spatiales qui seront utilisées pour aboutir à une géométrie poreuse interconnectée. Les résultats seront traduits en lignes directrices pour les procédures de fabrication de membranes qui seront appliquées à Montpellier (Institut Européen des Membranes) afin de fabriquer des membranes poreuses en polyimide de haute tenue mécanique et thermique. Un autre aspect du projet sera de formaliser ces résultats de manière théorique en définissant un modèle 1/ capable de rendre compte des diagrammes obtenus, 2/ permettant de compléter des modèles existant de champ de phase pour la séparation de phases de polymères neutres afin de décrire la séparation de PE.
Capture du CO2 atmosphérique avec des nanofluides
SL-DRF-23-0067
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021
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Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/david.carriere/
Labo : http://iramis.cea.fr/nimbe/lions/
Voir aussi : https://iramis.cea.fr/Pisp/christophe.fajolles/
L'une des voies fortement encouragées par le GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) pour maîtriser le dérèglement climatique est la capture du CO2 par des amines liquides, suivie de la récupération du gaz et son stockage souterrain profond. Mais un problème essentiel rend le procédé actuellement inefficace: la récupération du CO2 doit se faire par chauffage et est trop énergivore.
Dans ce contexte, cette thèse étudiera comment l'ajout de nanoparticules améliore la récupération du CO2 des amines liquides. Ces "nanofluides" ont une efficacité reconnue, mais il y a peu d'indications sur la façon d'atteindre une composition appropriée, et aucun consensus sur le mécanisme qui faciliterait la libération du CO2 gazeux.
L'objectif de cette thèse est de proposer des lignes directrices rationnelles qui mèneront à la meilleure combinaison nanoparticule + amine liquide, remplaçant les approches actuelles d'essai-erreur. Il faudra donc étudier comment la surface des nanoparticules 1) active la réaction chimique de libération, et 2) facilite le processus physique de nucléation des bulles gazeuses.
Dans ce contexte, cette thèse étudiera comment l'ajout de nanoparticules améliore la récupération du CO2 des amines liquides. Ces "nanofluides" ont une efficacité reconnue, mais il y a peu d'indications sur la façon d'atteindre une composition appropriée, et aucun consensus sur le mécanisme qui faciliterait la libération du CO2 gazeux.
L'objectif de cette thèse est de proposer des lignes directrices rationnelles qui mèneront à la meilleure combinaison nanoparticule + amine liquide, remplaçant les approches actuelles d'essai-erreur. Il faudra donc étudier comment la surface des nanoparticules 1) active la réaction chimique de libération, et 2) facilite le processus physique de nucléation des bulles gazeuses.
Effet de la substitution sur les propriétés ferroélectriques et photo-catalytiques de nanoparticules de titanate de barium
SL-DRF-23-0743
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=leconte
Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEEL/
Dans le cadre de la transition énergétique, la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire apparait comme un moyen de stockage puis de production d’énergie extrêmement prometteur. La photoélectrolyse de l’eau, pour se développer à grande échelle, a besoin de matériaux à haut rendement catalytique. Parmi les candidats envisagés, les matériaux dérivés des titanates de barium apparaissent prometteurs car leurs propriétés ferro- et piezoélectriques pourraient augmenter leur effet photocatalytique.
Nous proposons donc dans ce sujet, mené en collaboration entre le LEEL du CEA et le SPMS de Centrale – Supelec, de synthétiser des nanoparticules de BaTiO3 par spray pyrolyse en flamme en opérant des substitutions sur Ba et O afin d’étudier l’effet de ces modifications sur les propriétés ferroélectriques du matériau. L’ajout d’inclusions de métaux nobles en surface des particules, susceptibles d’améliorer la catalyse, sera également réalisée lors de la synthèse de ces dernières. Enfin, des tests de photocatalyse et de piezocatalyse permettront d’établir les liens entre les phénomènes ferroélectriques et catalytiques dans cette famille de matériaux.
Nous proposons donc dans ce sujet, mené en collaboration entre le LEEL du CEA et le SPMS de Centrale – Supelec, de synthétiser des nanoparticules de BaTiO3 par spray pyrolyse en flamme en opérant des substitutions sur Ba et O afin d’étudier l’effet de ces modifications sur les propriétés ferroélectriques du matériau. L’ajout d’inclusions de métaux nobles en surface des particules, susceptibles d’améliorer la catalyse, sera également réalisée lors de la synthèse de ces dernières. Enfin, des tests de photocatalyse et de piezocatalyse permettront d’établir les liens entre les phénomènes ferroélectriques et catalytiques dans cette famille de matériaux.
Hybrides nanodiamants/TiO2 pour la production d'hydrogène vert par photocatalyse
SL-DRF-23-0679
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=hgirard
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/
Parmi les carburants solaires, le dihydrogène est particulièrement prometteur grâce à son pouvoir énergétique élevé (142 kJ/mol). Néanmoins, sa production par une filière décarbonnée reste un sujet d’étude, ainsi que les procédés de stockage et de transport associés.
Le sujet de thèse proposé vise à développer la synthèse d' hybrides ND/TiO2 pour la production de dihydrogène par dissociation photocatalytique de l’eau,, en suivant notamment deux stratégies : (i) par assemblage des nanoparticules en voie aqueuse, notamment via des phénomènes électrostatiques ou (ii) en incorporant des nanodiamants durant la synthèse de nanostructures de TiO2. Des traitements de recuit en post-synthèse seront aussi étudiés, afin d’optimiser l’interface ND/TiO2. Dans ce travail, différents types de nanodiamants seront considérés, différents soit par leur source (issus de détonation ou de broyage), leur forme (sphériques ou facettés), leur diamètre (5-100 nm) ou leur chimie de surface. De même, pour le TiO2, différentes structures (rutile ou anatase), qualités cristallines ou morphologies (nanoparticules ou nanotubes) seront étudiées, en utilisant des synthèses par voie hydrothermale et sol-gel. L’effet de pré-traitements sur TiO2 sera aussi abordé. Les matériaux hybrides ainsi formés seront caractérisés par un ensemble de spectroscopies (XPS, FIT, Raman) et microscopies (SEM, HRTEM, CryoTEM) disponibles dans les deux laboratoires. Les performances de ces matériaux pour la production de dihydrogène par dissociation de l’eau par photocatalyse sous irradiation visible et solaire seront finalement évaluées à l’ICPEES. Les cinétiques de production d’hydrogène seront déterminées ainsi que les rendements quantiques en fonction de la concentration de photocatalyseurs, de la nature et de la concentration de l’agent sacrificiel et de l’irradiance.
Le sujet de thèse proposé vise à développer la synthèse d' hybrides ND/TiO2 pour la production de dihydrogène par dissociation photocatalytique de l’eau,, en suivant notamment deux stratégies : (i) par assemblage des nanoparticules en voie aqueuse, notamment via des phénomènes électrostatiques ou (ii) en incorporant des nanodiamants durant la synthèse de nanostructures de TiO2. Des traitements de recuit en post-synthèse seront aussi étudiés, afin d’optimiser l’interface ND/TiO2. Dans ce travail, différents types de nanodiamants seront considérés, différents soit par leur source (issus de détonation ou de broyage), leur forme (sphériques ou facettés), leur diamètre (5-100 nm) ou leur chimie de surface. De même, pour le TiO2, différentes structures (rutile ou anatase), qualités cristallines ou morphologies (nanoparticules ou nanotubes) seront étudiées, en utilisant des synthèses par voie hydrothermale et sol-gel. L’effet de pré-traitements sur TiO2 sera aussi abordé. Les matériaux hybrides ainsi formés seront caractérisés par un ensemble de spectroscopies (XPS, FIT, Raman) et microscopies (SEM, HRTEM, CryoTEM) disponibles dans les deux laboratoires. Les performances de ces matériaux pour la production de dihydrogène par dissociation de l’eau par photocatalyse sous irradiation visible et solaire seront finalement évaluées à l’ICPEES. Les cinétiques de production d’hydrogène seront déterminées ainsi que les rendements quantiques en fonction de la concentration de photocatalyseurs, de la nature et de la concentration de l’agent sacrificiel et de l’irradiance.
Mise en forme de nanotubes de carbone alignés comme nouveaux microporeux pour couche de diffusion de gaz des piles à combustible
SL-DRF-23-0046
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-12-2022
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Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/
Ce travail de thèse s’intéresse au développement d’une nouvelle structure de microporeux pour couche de diffusion de gaz de PEMFC. Le développement de nouveaux matériaux pour piles de type PEM est une nécessité pour améliorer la densité de puissance fournie, réduire le coût des matériaux et le prix du système. Les PEMFC souffrent de problématiques reliées à la distribution d’eau liquide à l’intérieur de la pile, et notamment dans ses couches poreuses. Le microporeux est une des couches poreuses dont le rôle est d’optimiser cette répartition d’eau. Développer une nouvelle structure de microporeux peut permettre d’apporter des informations supplémentaires sur les paramètres influant la gestion de l’eau dans la cellule, et également donner une voie d’amélioration des performances de la pile. . Dans le cadre du projet PEPR (Programme et Equipements Prioritaires de Recherche) H2 PEMFC95, les Départements CEA de l’IRAMIS (Saclay) et de l’Hydrogène pour le Transport (LITEN-DEHT Grenoble) vont collaborer sur l’élaboration de matériaux de GDL optimisés et innovants à base de nanotubes de carbone, plus adaptées aux conditions de fonctionnement définies. Les tapis de NTC alignés ont en effet démontré leur efficacité en tant que couche microporeuse [1]. Les performances sont au moins similaires à la meilleure couche de diffusion de gaz de l'état de la technique en fonction des conditions, et une amélioration jusqu'à 30% de la densité de puissance a pu être obtenue, sans aucun traitement hydrophobe. Pour ce sujet de thèse, nous proposons de poursuivre les développements de ces couches de diffusion intégrant des NTC pour leur intérêt en terme de stabilité vis-à-vis de l’oxydation et leur hydrophobicité en réalisant des couches microporeuses présentant une porosité variable. L’objectif de les substituer à la GDL tout en améliorant la compréhension sur son rôle et d’une manière générale sur les phénomènes de transport dans un cœur de PEMFC. Pour ce faire, le travail comporte deux volets. Un volet matériaux avec des aspects de fabrication et de caractérisation des propriétés fonctionnelles et un volet électrochimie avec des mesures en pile à combustible
Protection des métaux cuivreux du patrimoine par des traitements à base de sol-gel - compréhension des mécanismes physicochimiques de l'inhibition de la corrosion
SL-DRF-23-0416
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=lmugherl
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/
Voir aussi : https://iramis.cea.fr/nimbe/lapa/
La preuve de concept de l’efficacité en protection des métaux cuivreux dans le contexte de la conservation du patrimoine par des revêtements sol-gels dopés en acide carboxylique a été montrée lors d’une première thèse conduite au sein d’une collaboration NIMBE LAPA/LEDNA. Afin d’optimiser la formulation de ce revêtement sur ces métaux comportant une Couche de Produits de Corrosion (CPC) de plusieurs dizaines de micromètres d’épaisseur qu’il est nécessaire de préserver il convient de développer une étude approfondie des mécanismes physico-chimiques de la protection. Dans ce nouveau projet de thèse une méthodologie de caractérisation multi-technique et multi-échelle sera mise en œuvre sur des échantillons de CPC anciennes ainsi que sur des échantillons modèles de CPC. D’une part, les paramètres de la formulation (précurseurs TMOS et/ou TEOS) et les conditions d’application seront ajustés pour privilégier une application au pinceau ou au spray. D’autre part, les mécanismes de la protection seront étudiés grâce à des mesures électrochimiques ainsi que lors d’expériences de remise en corrosion en milieux marqués (D2O/18O2, KBr en conditions immergées agressives). Le protocole analytique sera basé sur des analyses à l’échelle globale (viscosité, BET, porosimétrie mercure, ATG, DRX), à l’échelle micrométrique (MEB-EDS, spectrométrie Raman) ainsi qu’à l’échelle nanométrique (MET sur lames FIB) afin de comprendre les systèmes obtenus lors des traitements.
Étude de l'évolution de la chimie et de la cristallographie des ciments durables pendant leur carbonatation
SL-DRF-23-0407
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Contact : |
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
| Contact : |
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| Directeur de thèse : |
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Page perso : https://www.researchgate.net/profile/Mark-Levenstein-3
Labo : https://iramis.cea.fr/Pisp/lions/index.html
Voir aussi : https://www.researchgate.net/profile/Stephane-Poyet/
Ce sujet de thèse vise à étudier de nouvelles formulations de liants à base de sous-produits industriels (comme les laitiers de hauts-fourneaux, les cendres volantes et/ou d’autres minéraux peu transformés) comme des alternatives plus durables aux ciments habituels (les ciments Portland). Ces formulations seront optimisées dans le but d’obtenir une prise et une montée en résistance liée à carbonatation (réaction avec le CO2 gazeux présente dans l’atmosphère) plutôt que par hydratation (réaction avec l’eau, i.e. dissolutions-précipitations). Le recours à la carbonatation comme moteur à la structuration du matériau constitue un atout capital dans une démarche de réduction des émissions des gaz à effet de serre car elle permet la capture et la séquestration efficace du CO2 dans une matrice minérale stable. Les mécanismes de carbonatation des différentes formulations considérées seront explicités en fonction des conditions environnementales (température, humidité relative, pression partielle en CO2) au moyen de techniques expérimentales complémentaires comme la microdiffraction des rayons X (DRX) et la microtomographie aux rayons X (µ-XCT). Nous développerons également des méthodes récemment introduites dans l'imagerie numérique du pH afin de comprendre l'évolution de l'environnement chimique au cours de sa maturation des matériaux. Les différentes formulations seront testées avec des échantillons de différentes tailles (depuis la microfluidique jusqu’à des dispositifs de carbonatation de grande taille) et sur différentes échelles de temps en utilisant des sources de rayons X de laboratoire jusqu'aux installations de rayonnement synchrotron.
Carbone support électroactif pour la fabrication de catalyseurs à faible chargement de platine
SL-DRF-23-0318
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022
| Contact : |
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| Directeur de thèse : |
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/bruno.jousselme/
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/
L’utilisation à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFCs) pour la motorisation des véhicules nécessite le développement de nouveaux catalyseurs. En effet, les coûts élevés des PEMFCs sont principalement liés à la nécessité d’utiliser une grande quantité d’un métal noble, le platine, comme catalyseur des réactions électrochimiques afin d’obtenir des performances suffisantes. Ce travail de thèse concerne donc la fabrication et l’optimisation de nouveaux catalyseurs n’ayant qu’une faible quantité de Platine supporté sur un matériau carboné présentant lui aussi une activité catalytique vis-à-vis de la réduction de l’oxygène. Ces carbones supports enrichis en azote et comportant un métal non noble associé à une infime quantité de Platine devraient conduire à terme à des matériaux peu couteux. L’objectif du travail de thèse est donc de synthétiser et d’optimiser à large échelle des supports carbonés catalytiques et de quantifier le nombre de site actifs pour la fabrication de catalyseurs à faible chargement de platine.
Mise au point d'implants intracrâniens bioactifs: du laboratoire à l'industrie
SL-DRF-23-0315
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-02-2023
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| Directeur de thèse : |
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=deniau
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/licsen/
Voir aussi : https://lvts.fr/
Contexte: Ce projet fait suite à un travail soutenu par la Fondation pour la Recherche Médicale (2018-2022) ou nous avons montré la
pertinence de modifier la surface de coils de platine (implants intracrâniens permettant de traiter les anévrismes) afin d'accélérer la
cicatrisation anévrismale. Cela a été démontré in vivo grâce au greffage covalent d'un polysaccharide, le fucoïdane sur la surface des
coils.
Objectifs de la thèse
Les objectifs du projet de thèse sont les suivants :
1- Optimiser le recouvrement de coils permettant un développement dans des conditions GMP (Good Manufacturing Pratices) et adapter
la méthode à un procédé industriel.
2- Caractériser complètement le recouvrement en termes de densité, d’épaisseur et de régularité à l’aide des techniques
physicochimiques (ATG, DSC, angle de contact, analyse élémentaire) et d’imagerie optique (imagerie biphotonique, microscopie
électronique à balayage, AFM) et spectroscopique (EDS, XPS).
3- Valider les conditions retenues par implantation des coils modifiés dans un modèle anévrismale de lapin.
Partenaires: UMR NIMBE LICSEN, Société BALT, LVTS Inserm U1148 et XLIM UMR CNRS 7252, CHU Limoges.
pertinence de modifier la surface de coils de platine (implants intracrâniens permettant de traiter les anévrismes) afin d'accélérer la
cicatrisation anévrismale. Cela a été démontré in vivo grâce au greffage covalent d'un polysaccharide, le fucoïdane sur la surface des
coils.
Objectifs de la thèse
Les objectifs du projet de thèse sont les suivants :
1- Optimiser le recouvrement de coils permettant un développement dans des conditions GMP (Good Manufacturing Pratices) et adapter
la méthode à un procédé industriel.
2- Caractériser complètement le recouvrement en termes de densité, d’épaisseur et de régularité à l’aide des techniques
physicochimiques (ATG, DSC, angle de contact, analyse élémentaire) et d’imagerie optique (imagerie biphotonique, microscopie
électronique à balayage, AFM) et spectroscopique (EDS, XPS).
3- Valider les conditions retenues par implantation des coils modifiés dans un modèle anévrismale de lapin.
Partenaires: UMR NIMBE LICSEN, Société BALT, LVTS Inserm U1148 et XLIM UMR CNRS 7252, CHU Limoges.
Caractérisation in situ et en temps réel de nanomatériaux par spectroscopie de plasma
SL-DRF-23-0402
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=mbriant
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/ledna/
L'objectif de cette thèse est de développer un dispositif expérimental permettant de réaliser l'analyse élémentaire in situ et en temps réel de nanoparticules lors de leur synthèse (par pyrolyse laser ou pyrolyse par flamme). La spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: LIBS) sera utilisée pour identifier les différents éléments présents et leur stœchiométrie.
Les expériences préliminaires menées au LEDNA ont montré la faisabilité d'un tel projet et en particulier l'acquisition d'un spectre LIBS d'une nanoparticule unique. Néanmoins le dispositif expérimental doit être développé et amélioré afin d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit, d'augmenter la limite de détection, de tenir compte des différents effets sur le spectre (effet de taille des nanoparticules, de composition ou de structure complexe), d'identifier et de quantifier automatiquement les éléments présents.
En parallèle, d'autres informations pourront être recherchées (via d'autres techniques optiques) comme la densité de nanoparticules, la distribution de taille ou de forme.
Les expériences préliminaires menées au LEDNA ont montré la faisabilité d'un tel projet et en particulier l'acquisition d'un spectre LIBS d'une nanoparticule unique. Néanmoins le dispositif expérimental doit être développé et amélioré afin d'obtenir un meilleur rapport signal sur bruit, d'augmenter la limite de détection, de tenir compte des différents effets sur le spectre (effet de taille des nanoparticules, de composition ou de structure complexe), d'identifier et de quantifier automatiquement les éléments présents.
En parallèle, d'autres informations pourront être recherchées (via d'autres techniques optiques) comme la densité de nanoparticules, la distribution de taille ou de forme.
Synthèse de nanoparticules de diamant à façon
SL-DRF-23-0347
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Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023
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Page perso : https://iramis.cea.fr/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=hgirard
Labo : https://iramis.cea.fr/NIMBE/LEDNA/
Les nanoparticules de diamant possèdent des propriétés chimiques, électroniques, thermiques et optiques exceptionnelles. Elles sont utilisées actuellement dans les domaines de la nano-médecine, de l’énergie, des technologies quantiques, des lubrifiants et des composites avancés [1-3]. Pour la majeure partie de ces applications, la qualité cristalline du cœur diamant est essentielle et les particules les plus étudiées sont issues de diamant massif broyé. Cependant, ces particules présentent une forte dispersion de taille, une anisotropie de forme et des concentrations d’impuretés variables. Ces aspects influent beaucoup sur leurs propriétés. Il y a donc une nécessité de mettre au point une méthode de synthèse de nanodiamants de haute qualité cristalline qui garantisse un contrôle plus fin de leur taille, de leur morphologie et de leur niveau d’impuretés.
Ce sujet de thèse se propose d’étudier la synthèse de nanodiamants par une approche bottom-up utilisant un template sacrificiel (billes ou fibres de silice) sur lequel des germes de diamant nanométriques seront fixés par interaction électrostatique. La croissance des particules de diamant sera réalisée en exposant ces objets à un plasma de croissance de dépôt chimique en phase vapeur activé par micro-ondes (MPCVD). Le dispositif de croissance de dépôt sur billes existe déjà au CEA NIMBE, il est actuellement utilisé pour la synthèse de cœur-coquilles de diamant [4]. Les paramètres de croissance seront ajustés pour sélectionner la taille, la forme et la concentration d’impuretés (azote, bore) dans les nanodiamants. Après croissance, les nanoparticules seront collectées après dissolution du template. Leur structure cristalline, leur morphologie et leur chimie de surface seront étudiées au CEA NIMBE par microscopie électronique à balayage, par diffraction des rayons X et par spectroscopies Raman, infrarouge et de photoélectrons (XPS). Une collaboration extérieure permettra de réaliser une analyse fine de la structure cristallographique et des défauts structuraux par microscopie électronique en transmission à haute résolution (HR-TEM).
Au cours de cette thèse, plusieurs types de nanodiamants seront synthétisés : tout d’abord des nanoparticules intrinsèques (sans dopage intentionnel) ensuite des nanoparticules dopées au bore. Ces deux types de particules seront ensuite modifiées en surface pour leur conférer une stabilité colloïdale. Leurs performances pour la photocatalyse seront mesurées en collaboration avec l’ICPEES de Strasbourg. Cette méthode de synthèse originale pourra aussi permettre de créer des centres colorés (azote-lacune NV ou silicium-lacune SiV) dans les nanoparticules de diamant pour exploiter leurs propriétés optiques (collaboration à initier).
Références :
[1] N. Nunn, M. Torelli, G. McGuire, O. Shenderova, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 21 (2017) 1-9.
[2] Y. Wu, F. Jelezko, M. Plenio,T. Weil, Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 6586–6598.
[3] H. Wang, Y. Cui, Energy Applications 1 (2019) 13-18.
[4] A. Venerosy et al., Diam. Relat. Mater. 89 (2018) 122-131.
Ce sujet de thèse se propose d’étudier la synthèse de nanodiamants par une approche bottom-up utilisant un template sacrificiel (billes ou fibres de silice) sur lequel des germes de diamant nanométriques seront fixés par interaction électrostatique. La croissance des particules de diamant sera réalisée en exposant ces objets à un plasma de croissance de dépôt chimique en phase vapeur activé par micro-ondes (MPCVD). Le dispositif de croissance de dépôt sur billes existe déjà au CEA NIMBE, il est actuellement utilisé pour la synthèse de cœur-coquilles de diamant [4]. Les paramètres de croissance seront ajustés pour sélectionner la taille, la forme et la concentration d’impuretés (azote, bore) dans les nanodiamants. Après croissance, les nanoparticules seront collectées après dissolution du template. Leur structure cristalline, leur morphologie et leur chimie de surface seront étudiées au CEA NIMBE par microscopie électronique à balayage, par diffraction des rayons X et par spectroscopies Raman, infrarouge et de photoélectrons (XPS). Une collaboration extérieure permettra de réaliser une analyse fine de la structure cristallographique et des défauts structuraux par microscopie électronique en transmission à haute résolution (HR-TEM).
Au cours de cette thèse, plusieurs types de nanodiamants seront synthétisés : tout d’abord des nanoparticules intrinsèques (sans dopage intentionnel) ensuite des nanoparticules dopées au bore. Ces deux types de particules seront ensuite modifiées en surface pour leur conférer une stabilité colloïdale. Leurs performances pour la photocatalyse seront mesurées en collaboration avec l’ICPEES de Strasbourg. Cette méthode de synthèse originale pourra aussi permettre de créer des centres colorés (azote-lacune NV ou silicium-lacune SiV) dans les nanoparticules de diamant pour exploiter leurs propriétés optiques (collaboration à initier).
Références :
[1] N. Nunn, M. Torelli, G. McGuire, O. Shenderova, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 21 (2017) 1-9.
[2] Y. Wu, F. Jelezko, M. Plenio,T. Weil, Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 6586–6598.
[3] H. Wang, Y. Cui, Energy Applications 1 (2019) 13-18.
[4] A. Venerosy et al., Diam. Relat. Mater. 89 (2018) 122-131.
Caractérisation au niveau cellulaire d'une thérapie anticancéreuse à base de vecteur doublement marqué 3H-14C, capture de cellules uniques dans des biopuces et beta détection
SL-DRF-23-0244
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Contact : |
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2023
| Contact : |
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| Directeur de thèse : |
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Page perso : https://iramis.cea.fr/nimbe/Pisp/florent.malloggi/
Labo : https://iramis.cea.fr/nimbe/index.php
Voir aussi : https://joliot.cea.fr/drf/joliot/recherche/DMTS/SIMOS
A partir d'un mélange de cellules isolées d'une tumeur animale ayant reçu une injection d'un médicament anticancéreux radiomarqué, nous proposons de quantifier la dose exacte de médicament accumulée dans chaque cellule de la tumeur. Une telle approche permettra de répondre à une question essentielle en pharmacologie : relier les effets observés (thérapeutiques et indésirables) à la dose de médicament délivrée, dans ce cas au niveau de la cellule unique (cellules cancéreuses), mais aussi de tous les autres types cellulaires présents dans le tissu tumoral. Nous nous appuierons sur nos récents développements en matière de radiomarquage d'anticorps et de molécules, de capture de cellules sur des dispositifs microfluidiques et d'imagerie beta.
Stages
Conception de nanoparticules lipidiques-polymères fonctionnalisées préparées par une méthode microfluidique pour la thérapie chimio/photodynamique des cancers oculaires
Design of functionalized lipid-polymer nanoparticles prepared by a microfluidic method for chemo/photodynamic therapy of ocular cancers
Candidature avant le
01/04/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
MALLOGGI Florent
+33 1 69 08 63 28
Résumé/Summary
L'objectif de ce stage est dédié à la synthèse de nanoparticules lipides-polymères fonctionnalisées en utilisant une approche microfluidique.
The aim of this internship is dedicated to the synthesis of functionalized lipid-polymer nanoparticles by microfluidics.
Sujet détaillé/Full description
Contexte :
Le rétinoblastome (Rb) est un cancer de la rétine qui touche 1 personne sur 15 à 20000 naissances chaque année. Les traitements conventionnels comprennent l'énucléation et la chimiothérapie. Pour les petites tumeurs solides comme le Rb, la thérapie photodynamique (PDT) peut être bénéfique car elle n'est pas mutilante et génère peu d'effets secondaires. La phototoxicité résulte de la combinaison des effets d'un photosensibilisateur (PS), de la lumière et de l'oxygène. Dans un tel contexte, la conception d'un nanocarrier colloïdal fonctionnalisé qui pourrait solubiliser, protéger et conduire les dérivés de porphyrine (PS) vers leurs cellules cibles, faciliter leur pénétration et leur libération dans le cytoplasme cellulaire avant l'illumination, permettrait d'optimiser l'effet thérapeutique. L'objectif final du projet LPHN-OnAChip est de former et de fonctionnaliser dans une seule puce microfluidique des nanoparticules hybrides (nanoparticules lipidiques-polymères dites LPHN) co-encapsulant un médicament anticancéreux et un photosensibilisateur associé à des ligands. La raison d'être de la co-encapsulation du médicament anticancéreux est de surmonter la faible efficacité de la PDT dans les zones hypoxiques de la tumeur. Le projet est basé sur l'expertise complémentaire de deux laboratoires dans les systèmes innovants d'administration de médicaments, l'évaluation physico-chimique et biologique du ciblage des porphyrines pour la PDT (IGPS) et dans les systèmes auto-assemblés, la caractérisation in situ et la microfluidique (LIONS).
Mission :
L'objectif de ce stage est dédié à la synthèse de LPHNs fonctionnalisés par microfluidique. Dans un premier temps, l'étudiant(e) se familiarisera avec la formation de nanoparticules de polymère (NPs de poly(acide lactique)) et de vésicules par microfluidique en reproduisant les protocoles établis par les précédents travaux du laboratoire. Ensuite, il/elle étudiera la faisabilité de former des vésicules incorporant une porphyrine (porphyrine-acide glutarique) pour une fonctionnalisation ultérieure. En jouant sur les paramètres hydrodynamiques et sur la concentration initiale, la charge en porphyrine sera étudiée. Si nécessaire, différents phospholipides seront testés. Les vésicules obtenues seront caractérisées par plusieurs techniques disponibles dans le consortium.
Dans un second temps, le candidat étudiera la formation de LPHNs en recouvrant les NPs de poly(acide lactique) obtenues précédemment avec des liposomes porteurs de PS.
Plusieurs techniques de caractérisation seront utilisées telles que la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie à épifluorescence, la microscopie confocale, la microscopie électronique à crytransmission (Cryo-TEM).
Profil :
Nous recherchons des candidats ayant une formation d'ingénieur, de physico-chimiste ou de chimiste. Des compétences en microfluidique sont un atout mais ne sont pas obligatoires. Le/la candidat(e) doit être très motivé(e) pour relever les défis du travail en équipe multidisciplinaire.
Les candidat(e)s auront un profil d'expérimentateur.
Les candidat(e)s doivent parler anglais ou français, et avoir de bonnes capacités de communication.
Durée : 6 mois
Date de début : A pourvoir au premier trimestre 2023
Localisation : LIONS au CEA/Saclay, Gif sur Yvette France
Contacts CV, lettre de motivation et lettre de recommandation doivent être envoyés à tous les contacts :
Dr Florent Malloggi : florent.malloggi@cea.fr
Dr Patrick Guenoun : patrick.guenoun@cea.fr
Prof. Véronique Rosilio : veronique.rosilio@universite-paris-saclay.fr
Le rétinoblastome (Rb) est un cancer de la rétine qui touche 1 personne sur 15 à 20000 naissances chaque année. Les traitements conventionnels comprennent l'énucléation et la chimiothérapie. Pour les petites tumeurs solides comme le Rb, la thérapie photodynamique (PDT) peut être bénéfique car elle n'est pas mutilante et génère peu d'effets secondaires. La phototoxicité résulte de la combinaison des effets d'un photosensibilisateur (PS), de la lumière et de l'oxygène. Dans un tel contexte, la conception d'un nanocarrier colloïdal fonctionnalisé qui pourrait solubiliser, protéger et conduire les dérivés de porphyrine (PS) vers leurs cellules cibles, faciliter leur pénétration et leur libération dans le cytoplasme cellulaire avant l'illumination, permettrait d'optimiser l'effet thérapeutique. L'objectif final du projet LPHN-OnAChip est de former et de fonctionnaliser dans une seule puce microfluidique des nanoparticules hybrides (nanoparticules lipidiques-polymères dites LPHN) co-encapsulant un médicament anticancéreux et un photosensibilisateur associé à des ligands. La raison d'être de la co-encapsulation du médicament anticancéreux est de surmonter la faible efficacité de la PDT dans les zones hypoxiques de la tumeur. Le projet est basé sur l'expertise complémentaire de deux laboratoires dans les systèmes innovants d'administration de médicaments, l'évaluation physico-chimique et biologique du ciblage des porphyrines pour la PDT (IGPS) et dans les systèmes auto-assemblés, la caractérisation in situ et la microfluidique (LIONS).
Mission :
L'objectif de ce stage est dédié à la synthèse de LPHNs fonctionnalisés par microfluidique. Dans un premier temps, l'étudiant(e) se familiarisera avec la formation de nanoparticules de polymère (NPs de poly(acide lactique)) et de vésicules par microfluidique en reproduisant les protocoles établis par les précédents travaux du laboratoire. Ensuite, il/elle étudiera la faisabilité de former des vésicules incorporant une porphyrine (porphyrine-acide glutarique) pour une fonctionnalisation ultérieure. En jouant sur les paramètres hydrodynamiques et sur la concentration initiale, la charge en porphyrine sera étudiée. Si nécessaire, différents phospholipides seront testés. Les vésicules obtenues seront caractérisées par plusieurs techniques disponibles dans le consortium.
Dans un second temps, le candidat étudiera la formation de LPHNs en recouvrant les NPs de poly(acide lactique) obtenues précédemment avec des liposomes porteurs de PS.
Plusieurs techniques de caractérisation seront utilisées telles que la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie à épifluorescence, la microscopie confocale, la microscopie électronique à crytransmission (Cryo-TEM).
Profil :
Nous recherchons des candidats ayant une formation d'ingénieur, de physico-chimiste ou de chimiste. Des compétences en microfluidique sont un atout mais ne sont pas obligatoires. Le/la candidat(e) doit être très motivé(e) pour relever les défis du travail en équipe multidisciplinaire.
Les candidat(e)s auront un profil d'expérimentateur.
Les candidat(e)s doivent parler anglais ou français, et avoir de bonnes capacités de communication.
Durée : 6 mois
Date de début : A pourvoir au premier trimestre 2023
Localisation : LIONS au CEA/Saclay, Gif sur Yvette France
Contacts CV, lettre de motivation et lettre de recommandation doivent être envoyés à tous les contacts :
Dr Florent Malloggi : florent.malloggi@cea.fr
Dr Patrick Guenoun : patrick.guenoun@cea.fr
Prof. Véronique Rosilio : veronique.rosilio@universite-paris-saclay.fr
Context:
Retinoblastoma (Rb) is a cancer of the retina that affects 1 in 15 to 20000 births each year. Conventional treatments include enucleation and chemotherapy. For small solid tumors like Rb, photodynamic therapy (PDT) may be of benefit because it is non-mutilating and generates few side effects. Phototoxicity results from the combination of effects of a photosensitizer (PS), light and oxygen. In such a context, the design of a functionalized colloidal nanocarrier which could solubilize, protect and lead porphyrin (PS) derivatives towards their target cells, facilitate their penetration and release in cell cytoplasm before illumination, would optimize the therapeutic effect. The final aim of the project LPHN-OnAChip is to form and functionalize in a single microfluidic chip hybrid nanoparticles (lipid-polymer nanoparticles referred as LPHN) co-encapsulating an anti-cancer drug and a photosensitizer associated to ligands. The rationale for co-encapsulating the anticancer drug is to overcome the lower efficacy of PDT in hypoxic areas of the tumor. The project is based on complimentary expertise of two laboratories in innovative drug delivery systems, physico-chemical and biological evaluation of targeting of porphyrins for PDT (IGPS) and in the self-assembling systems, in situ characterization and microfluidics (LIONS).
Mission:
The aim of this internship is dedicated to the synthesis of functionalized LPHNs by microfluidics. First, the student will become familiar with the formation of polymer nanoparticles (poly(lactic acid) NPs) and vesicles by microfluidics by reproducing the protocols established by previous works in the laboratory. Then, he or she will study the feasibility of forming vesicles incorporating a porphyrin (porphyrin-glutaric acid) for further functionalization. By playing on hydrodynamic parameters and on the initial concentration, porphyrin loading will be studied. If necessary different phospholipids will be tested. The obtained vesicles will be characterized by several technics available in the consortium.
In a second step, the candidate will investigate the formation of LPHNs by coating the previously obtained poly(lactic acid) NPs with liposomes carrying PS.
Several characterization technics will be used such as Dynamic Light Scattering (DLS), Atomic Force Microscopy (AFM), epifluorescence microscopy, confocal microscopy, Cryo-Transmission Electron Microscopy (Cryo-TEM).
Profile:
We are looking for applicants having a background such as Engineering/Physico-chemistry/Chemistry, skills in microfluidics will be an asset but it is not mandatory. The applicant must be highly motivated by tackling challenges of working with multidisciplinary teams.
Applicants will have an experimentalist profile.
Applicants shall speak English or French, and have good communication skills.
Duration: 6 months
Starting date: To be filled first trimester 2023
Localization: LIONS at CEA/Saclay, Gif sur Yvette France
Contacts CV, motivation letter and recommendation letter should be sent to all contacts:
Dr. Florent Malloggi : florent.malloggi@cea.fr
Dr Patrick Guenoun : patrick.guenoun@cea.fr
Prof. Véronique Rosilio : veronique.rosilio@universite-paris-saclay.fr
Retinoblastoma (Rb) is a cancer of the retina that affects 1 in 15 to 20000 births each year. Conventional treatments include enucleation and chemotherapy. For small solid tumors like Rb, photodynamic therapy (PDT) may be of benefit because it is non-mutilating and generates few side effects. Phototoxicity results from the combination of effects of a photosensitizer (PS), light and oxygen. In such a context, the design of a functionalized colloidal nanocarrier which could solubilize, protect and lead porphyrin (PS) derivatives towards their target cells, facilitate their penetration and release in cell cytoplasm before illumination, would optimize the therapeutic effect. The final aim of the project LPHN-OnAChip is to form and functionalize in a single microfluidic chip hybrid nanoparticles (lipid-polymer nanoparticles referred as LPHN) co-encapsulating an anti-cancer drug and a photosensitizer associated to ligands. The rationale for co-encapsulating the anticancer drug is to overcome the lower efficacy of PDT in hypoxic areas of the tumor. The project is based on complimentary expertise of two laboratories in innovative drug delivery systems, physico-chemical and biological evaluation of targeting of porphyrins for PDT (IGPS) and in the self-assembling systems, in situ characterization and microfluidics (LIONS).
Mission:
The aim of this internship is dedicated to the synthesis of functionalized LPHNs by microfluidics. First, the student will become familiar with the formation of polymer nanoparticles (poly(lactic acid) NPs) and vesicles by microfluidics by reproducing the protocols established by previous works in the laboratory. Then, he or she will study the feasibility of forming vesicles incorporating a porphyrin (porphyrin-glutaric acid) for further functionalization. By playing on hydrodynamic parameters and on the initial concentration, porphyrin loading will be studied. If necessary different phospholipids will be tested. The obtained vesicles will be characterized by several technics available in the consortium.
In a second step, the candidate will investigate the formation of LPHNs by coating the previously obtained poly(lactic acid) NPs with liposomes carrying PS.
Several characterization technics will be used such as Dynamic Light Scattering (DLS), Atomic Force Microscopy (AFM), epifluorescence microscopy, confocal microscopy, Cryo-Transmission Electron Microscopy (Cryo-TEM).
Profile:
We are looking for applicants having a background such as Engineering/Physico-chemistry/Chemistry, skills in microfluidics will be an asset but it is not mandatory. The applicant must be highly motivated by tackling challenges of working with multidisciplinary teams.
Applicants will have an experimentalist profile.
Applicants shall speak English or French, and have good communication skills.
Duration: 6 months
Starting date: To be filled first trimester 2023
Localization: LIONS at CEA/Saclay, Gif sur Yvette France
Contacts CV, motivation letter and recommendation letter should be sent to all contacts:
Dr. Florent Malloggi : florent.malloggi@cea.fr
Dr Patrick Guenoun : patrick.guenoun@cea.fr
Prof. Véronique Rosilio : veronique.rosilio@universite-paris-saclay.fr
Mots clés/Keywords
Microfluidique, nanoprécipitation, vésicules
Microfluidics, nanoprecipitation, vesicles
Compétences/Skills
Diffusion dynamique de la lumière (DLS),
Microscopie à force atomique (AFM),
Microscopie à épifluorescence,
Microscopie confocale,
Microscopie électronique à transmission (Cryo-TEM)
Dynamic Light Scattering (DLS),
Atomic Force Microscopy (AFM),
Epifluorescence microscopy,
Confocal microscopy,
Cryo-Transmission Electron Microscopy (Cryo-TEM)
Détection "tout numérique" pour l’analyse par faisceaux d’ions
Full digital detection for Ion Beam Analysis
Candidature avant le
18/04/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
KHODJA Hicham
+33 1 69 08 28 95
Résumé/Summary
La spectroscopie par détection tout numérique va être implantée sur notre dispositif d'analyse par faisceaux d'ions. Nous proposons un stage qui permettra d'évaluer les performances de ce type de détection.
Full digital detection spectroscopy will be installed on our Ion Beam Analysis setup. We propose a training period dedicated to performance evaluation of this new type of spectroscopy
Sujet détaillé/Full description
L’analyse par faisceaux d’ions (IBA : Ion Beam Analysis) est un panel de spectroscopies produites par l’interaction d’un faisceau d’ions légers dans la gamme du MeV/nucléon avec la matière. La combinaison simultanée de plusieurs de ces spectroscopies permet, après simulation des spectres associés, de reconstituer la composition chimique éventuellement résolue latéralement et en profondeur de l’échantillon examiné, et ce pour tous les éléments chimiques présents, qu’ils soient à l’état d’éléments majeurs ou de traces.
La précision de ces mesures dépend en grande partie de la qualité des signaux collectés et des statistiques de comptage des évènements donnant naissance à des rayonnements détectables (particules chargées, photons X, γ). La chaîne de détection habituellement utilisée repose sur les principes de spectroscopie nucléaire, à savoir l’association d’un détecteur avec un préamplificateur suivi d’un amplificateur analogique produisant une mise en forme pseudo-gaussienne et qui se termine par un convertisseur analogique-digital. Les signaux codés sont ensuite exploités pour construire les spectres ainsi que les cartographies latérales, la position du faisceau étant elle-même intégrée dans le processus de codage.
Afin d’améliorer la qualité des données produites, nous explorons l’usage de nouveaux modules électroniques récemment mis sur le marché, qui regroupent les étapes d’amplification et de codage et permettent des ajustements très fins des différents paramètres affectant la conversion (temps de montée, type de mise en forme, pôle zéro, restauration de la ligne de base, gestion des empilements…). Le passage à ce type de détection permet d’envisager la production de spectres de meilleure qualité de par la possibilité de discriminer la nature de la particule détectée en analysant le profil temporel du signal, ainsi que par la gestion des taux de comptage environ 10 fois plus élevés par rapport aux chaînes analogiques.
Le stage se déroulera suivant le plan suivant :
• Prise en main d’un module « tout numérique » à 16 voies d’entrées
• Tests à l’aide de générateurs de signaux simulant les sorties des détecteurs
• Étude de la réponse du module en fonction de la nature de la particule détectée
• Étude du comportement du module à très haut taux de comptage
• Qualification de la chaîne dans des expériences d’analyse
Dans le cadre de ce stage, une collaboration est prévue avec une équipe de Sorbonne Université qui a implémenté ce type de détection.
La précision de ces mesures dépend en grande partie de la qualité des signaux collectés et des statistiques de comptage des évènements donnant naissance à des rayonnements détectables (particules chargées, photons X, γ). La chaîne de détection habituellement utilisée repose sur les principes de spectroscopie nucléaire, à savoir l’association d’un détecteur avec un préamplificateur suivi d’un amplificateur analogique produisant une mise en forme pseudo-gaussienne et qui se termine par un convertisseur analogique-digital. Les signaux codés sont ensuite exploités pour construire les spectres ainsi que les cartographies latérales, la position du faisceau étant elle-même intégrée dans le processus de codage.
Afin d’améliorer la qualité des données produites, nous explorons l’usage de nouveaux modules électroniques récemment mis sur le marché, qui regroupent les étapes d’amplification et de codage et permettent des ajustements très fins des différents paramètres affectant la conversion (temps de montée, type de mise en forme, pôle zéro, restauration de la ligne de base, gestion des empilements…). Le passage à ce type de détection permet d’envisager la production de spectres de meilleure qualité de par la possibilité de discriminer la nature de la particule détectée en analysant le profil temporel du signal, ainsi que par la gestion des taux de comptage environ 10 fois plus élevés par rapport aux chaînes analogiques.
Le stage se déroulera suivant le plan suivant :
• Prise en main d’un module « tout numérique » à 16 voies d’entrées
• Tests à l’aide de générateurs de signaux simulant les sorties des détecteurs
• Étude de la réponse du module en fonction de la nature de la particule détectée
• Étude du comportement du module à très haut taux de comptage
• Qualification de la chaîne dans des expériences d’analyse
Dans le cadre de ce stage, une collaboration est prévue avec une équipe de Sorbonne Université qui a implémenté ce type de détection.
Ion Beam Analysis is a panel of spectroscopies produced by the interaction of a light ion beam in the MeV/nucleon range with matter. The simultaneous combination of several of these spectroscopies allows, after simulation of the associated spectra, to reconstitute the chemical composition of the examined sample, laterally and in depth, for all the chemical elements present, whether they are major or trace elements.
The accuracy of these measurements depends largely on the quality of the signals collected and the counting statistics of the events giving rise to detectable radiation (charged particles, X-ray photons, γ). The detection chain usually used is based on the principles of nuclear spectroscopy, namely the association of a detector with a preamplifier followed by an analog amplifier producing a pseudo-Gaussian shaping and ending with an analog-digital converter. The coded signals are then used to construct the spectra and the lateral maps, the beam position being itself integrated in the coding process.
In order to improve the quality of the data produced, we are exploring the use of new electronic modules recently put on the market, which regroup the amplification and coding steps and which allow very fine adjustments of the different parameters affecting the conversion (rise time, type of shaping, zero pole, baseline restoration, stacking management...). The switch to this type of detection allows the production of better quality spectra by the possibility of discriminating the nature of the detected particle, allowed by the analyzis of the temporal profile of the signal, as well as by the control of count rates approximately 10 times higher than with analog chains.
The training course will take place according to the following plan:
• Handling of an "all digital" module with 16 input channels
• Tests using signal generators simulating the outputs of the detectors
• Study of the response of the module according to the nature of the detected particle
• Study of the behavior of the module at very high counting rate
• Qualification of the chain in analysis experiments
Within the framework of this internship, a collaboration is planned with a team of Sorbonne University which has implemented this type of detection.
The accuracy of these measurements depends largely on the quality of the signals collected and the counting statistics of the events giving rise to detectable radiation (charged particles, X-ray photons, γ). The detection chain usually used is based on the principles of nuclear spectroscopy, namely the association of a detector with a preamplifier followed by an analog amplifier producing a pseudo-Gaussian shaping and ending with an analog-digital converter. The coded signals are then used to construct the spectra and the lateral maps, the beam position being itself integrated in the coding process.
In order to improve the quality of the data produced, we are exploring the use of new electronic modules recently put on the market, which regroup the amplification and coding steps and which allow very fine adjustments of the different parameters affecting the conversion (rise time, type of shaping, zero pole, baseline restoration, stacking management...). The switch to this type of detection allows the production of better quality spectra by the possibility of discriminating the nature of the detected particle, allowed by the analyzis of the temporal profile of the signal, as well as by the control of count rates approximately 10 times higher than with analog chains.
The training course will take place according to the following plan:
• Handling of an "all digital" module with 16 input channels
• Tests using signal generators simulating the outputs of the detectors
• Study of the response of the module according to the nature of the detected particle
• Study of the behavior of the module at very high counting rate
• Qualification of the chain in analysis experiments
Within the framework of this internship, a collaboration is planned with a team of Sorbonne University which has implemented this type of detection.
Mots clés/Keywords
Théorie et traitement du signal, Électronique numérique
Développement de la croissance de nanotubes alignés pour des études in-situ par micorscopie électronique à transmission (MET)
Spécialité
Génie des procédés
Niveau d'étude
Bac+5
Formation
Ingenieur/Master
Unité d'accueil
Candidature avant le
01/06/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
non
Contact
CHARON Emeline
+33 1 69 08 63 16
Résumé/Summary
L'objectif du stage est d'ajuster les configurations et conditions expérimentales de synthèse de nanotubes de carbone (NTC) au regard des contraintes imposées par l’environnement d'un microscope électronique à transmission (E-TEM) de manière à démontrer la faisabilité de la croissance dans ces conditions. L’approche envisagée est l’implémentation de notre procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par un aérosol (AACCVD) sur le microscope.
The objective of the internship is to adjust the configurations and experimental conditions for the synthesis of carbon nanotubes (CNT) with respect to the constraints imposed by the environment of a transmission electron microscope (TEM) in order to demonstrate the feasibility of growth under these conditions. The envisaged approach is the implementation of our aerosol assisted chemical vapor deposition (AACCVD) process on the microscope.
Sujet détaillé/Full description
Les tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT) sont des matériaux aux propriétés intéressantes pour de nombreuses applications. Une méthode de choix et industriellement transférée pour la synthèse de VACNT de haute qualité est le dépôt chimique en phase vapeur assisté par un aérosol (AACCVD). Cette méthode a été jusqu’alors développée à pression atmosphérique et à haute température (800 à 850°C) [1,2] et récemment elle a été ajustée à la croissance sur aluminium qui impose des températures plus basses de l’ordre de 600°C [3,4]. Les résultats récents mettent en évidence une croissance de nanotubes alignés et denses. Toutefois, une limitation de la hauteur des tapis de VACNT se traduisant par une diminution de la vitesse de croissance en fonction de la durée de synthèse a été observée [3,5,6].
Dans ce contexte, l’objectif principal est d’approfondir notre compréhension de la croissance des VACNT spécifiquement à basse température et d’identifier les mécanismes mis en jeu de manière à aboutir à un meilleur contrôle du procédé de synthèse opéré à basse température. Pour cela, l’étude in situ, pendant la formation des nanotubes, permettant d’analyser la nature et la structure des nanoparticules catalytiques, ainsi que la formation potentielle de carbone désordonné influençant la limitation en longueur des CNT, s’avère très importante. Cette étude sera réalisée à l’échelle locale en utilisant un microscope électronique en transmission environnemental (E-TEM NANOMAX de l’Equipex TEMPOS) de manière à pouvoir analyser les nanoparticules catalytiques et le carbone en cours de formation autour des particules individuelles.
Le sujet de stage proposé s’inscrit dans ce contexte et fait l’objet d’une collaboration entre le NIMBE-LEDNA basé au CEA-Saclay et l’équipe SEEDs du département Matériaux du C2N. Il consistera, dans un premier temps, à ajuster les configurations et conditions expérimentales de synthèse des NTC au regard des contraintes imposées par l’environnement E-TEM de manière à démontrer la faisabilité de la croissance dans ces conditions. L’approche envisagée est l’implémentation de notre procédé AACCVD sur le microscope en l’adaptant de manière à pouvoir alimenter la zone de croissance avec des pressions contrôlées de vapeurs carbonées et catalytiques et permettre ainsi une synthèse des NTC à très basse pression (<1mbar). Des bâtis de tests seront utilisés pour réaliser les essais avant l’implémentation sur l’E-TEM et les premières observations. L’approche envisagée à long terme est en effet l’implémentation de notre procédé AACCVD sur l’E-TEM pour étudier in-situ la formation des NTC à basse température en mettant en œuvre une méthode CVD en une seule étape, ce qui, à notre connaissance, n’a jamais été réalisé.
[1] M. Pinault et al. (2005), Carbon 43, 2968–76.
[2] C. Castro et al. (2013), Carbon 61, 585–94.
[3] F. Nassoy et al. (2019) Nanomaterial 9, 1590.
[4] A. Combrisson et al. (2022) Nanomaterial 12, 2338.
[5] R. Xiang et al. (2008), J. Phys. Chem. C 112, 4892–6.
[6] E. Einarsson et al. (2008), Carbon 46, 923–30.
Durée souhaitée : 6 mois
Début : A partir de février
Profil : Ingénieur 3ème année ou master 2 sciences des matériaux ou instrumentation ou génie des procédés ou chimie. Des compétences dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies ainsi que dans le développement instrumental seront bienvenues.
Les candidatures doivent être adressées par mail aux responsables du projet et doivent comporter :
- une lettre de motivation
- un CV
Dans ce contexte, l’objectif principal est d’approfondir notre compréhension de la croissance des VACNT spécifiquement à basse température et d’identifier les mécanismes mis en jeu de manière à aboutir à un meilleur contrôle du procédé de synthèse opéré à basse température. Pour cela, l’étude in situ, pendant la formation des nanotubes, permettant d’analyser la nature et la structure des nanoparticules catalytiques, ainsi que la formation potentielle de carbone désordonné influençant la limitation en longueur des CNT, s’avère très importante. Cette étude sera réalisée à l’échelle locale en utilisant un microscope électronique en transmission environnemental (E-TEM NANOMAX de l’Equipex TEMPOS) de manière à pouvoir analyser les nanoparticules catalytiques et le carbone en cours de formation autour des particules individuelles.
Le sujet de stage proposé s’inscrit dans ce contexte et fait l’objet d’une collaboration entre le NIMBE-LEDNA basé au CEA-Saclay et l’équipe SEEDs du département Matériaux du C2N. Il consistera, dans un premier temps, à ajuster les configurations et conditions expérimentales de synthèse des NTC au regard des contraintes imposées par l’environnement E-TEM de manière à démontrer la faisabilité de la croissance dans ces conditions. L’approche envisagée est l’implémentation de notre procédé AACCVD sur le microscope en l’adaptant de manière à pouvoir alimenter la zone de croissance avec des pressions contrôlées de vapeurs carbonées et catalytiques et permettre ainsi une synthèse des NTC à très basse pression (<1mbar). Des bâtis de tests seront utilisés pour réaliser les essais avant l’implémentation sur l’E-TEM et les premières observations. L’approche envisagée à long terme est en effet l’implémentation de notre procédé AACCVD sur l’E-TEM pour étudier in-situ la formation des NTC à basse température en mettant en œuvre une méthode CVD en une seule étape, ce qui, à notre connaissance, n’a jamais été réalisé.
[1] M. Pinault et al. (2005), Carbon 43, 2968–76.
[2] C. Castro et al. (2013), Carbon 61, 585–94.
[3] F. Nassoy et al. (2019) Nanomaterial 9, 1590.
[4] A. Combrisson et al. (2022) Nanomaterial 12, 2338.
[5] R. Xiang et al. (2008), J. Phys. Chem. C 112, 4892–6.
[6] E. Einarsson et al. (2008), Carbon 46, 923–30.
Durée souhaitée : 6 mois
Début : A partir de février
Profil : Ingénieur 3ème année ou master 2 sciences des matériaux ou instrumentation ou génie des procédés ou chimie. Des compétences dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies ainsi que dans le développement instrumental seront bienvenues.
Les candidatures doivent être adressées par mail aux responsables du projet et doivent comporter :
- une lettre de motivation
- un CV
Mots clés/Keywords
Science des matériaux, nanomatériaux, instrumentation, chimie
Compétences/Skills
CCVD, MEB, spectrométrie Raman, bâti de tests, E-TEM
Logiciels
Pack office
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.
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.
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
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)
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)
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
Etude physicochimique des mécanismes de protection des métaux cuivreux par des sol-gel dopés en inhibiteur
Physicochemical study of the protection mechanisms of copper metals by inhibitor-doped sol-gels
Candidature avant le
31/03/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
NEFF Delphine
+33 1 69 08 33 40
Résumé/Summary
Optimisation par étude électrochimique et physico-chimique d’inhibiteurs de corrosion innovants appliqués en conditions atmosphériques sur les alliages cuivreux
Optimization by electrochemical and physicochemical study of innovative corrosion inhibitors applied in atmospheric conditions on copper alloys
Sujet détaillé/Full description
L’objectif de ce stage est l’évaluation des performances d’inhibiteurs innovants grâce à la caractérisation par voies électrochimique et physico-chimique qui conduit à une meilleure compréhension des mécanismes de protection de métaux du patrimoine corrodés.
L’étude sera basée sur deux types d’échantillons :
- coupons de Cu vieillis artificiellement (vieillissement en bain chimique) pour simuler une couche atmosphérique
- coupons corrodés de cuivre de toiture (~100 ans)
Les traitements abordés sont :
- solutions à base de carboxylates
- sol-gel dopés en carboxylates
- cire et BTA afin de comparer avec des traitements déjà appliqués dans le domaine
L’épaisseur des couches rend les conditions d’analyses complexes aussi il est important d'optimiser par voie électrochimique les paramètres de travail pour les méthodes ciblées:
- tracé de courbes de polarisation pour déterminer les conditions de passivation et de réduction des composés oxydés présents
- spectroscopie d’impédance pour le comportement électrochimique en dynamique des systèmes
Les échantillons seront ensuite caractérisés en surface et sur coupe transversale afin de comprendre les interactions couches/traitements (échelle micro : µraman, MEB-EDS).
L’objectif est d’affiner la compréhension des mécanismes de la protection dans un premier temps en laboratoire, pour à terme l’adapter à une utilisation de terrain (cellule in-situ) dans un projet à suivre.
L’étude sera basée sur deux types d’échantillons :
- coupons de Cu vieillis artificiellement (vieillissement en bain chimique) pour simuler une couche atmosphérique
- coupons corrodés de cuivre de toiture (~100 ans)
Les traitements abordés sont :
- solutions à base de carboxylates
- sol-gel dopés en carboxylates
- cire et BTA afin de comparer avec des traitements déjà appliqués dans le domaine
L’épaisseur des couches rend les conditions d’analyses complexes aussi il est important d'optimiser par voie électrochimique les paramètres de travail pour les méthodes ciblées:
- tracé de courbes de polarisation pour déterminer les conditions de passivation et de réduction des composés oxydés présents
- spectroscopie d’impédance pour le comportement électrochimique en dynamique des systèmes
Les échantillons seront ensuite caractérisés en surface et sur coupe transversale afin de comprendre les interactions couches/traitements (échelle micro : µraman, MEB-EDS).
L’objectif est d’affiner la compréhension des mécanismes de la protection dans un premier temps en laboratoire, pour à terme l’adapter à une utilisation de terrain (cellule in-situ) dans un projet à suivre.
The objective of this internship is to evaluate the performance of innovative inhibitors through electrochemical and physicochemical characterization, which leads to a better understanding of the protection mechanisms of corroded heritage metals.
The study will be based on two types of samples :
- artificially aged Cu coupons (chemical bath aging) to simulate an atmospheric layer
- corroded copper roofing coupons (~100 years old)
The treatments addressed are :
- carboxylate-based solutions
- sol-gel solutions doped with carboxylates
- wax and BTA in order to compare with treatments already applied in the field
The thickness of the layers makes the analysis conditions complex, so it is important to optimize the working parameters for the targeted methods by electrochemical means:
- polarization curves to determine the passivation and reduction conditions of the oxidized compounds present
- impedance spectroscopy for the electrochemical behavior in system dynamics
The surface and cross-sections of the samples will then be characterized in order to understand the interactions between layers and treatments (micro scale: µ-raman, SEM-EDS).
The objective is to refine the understanding of the protection mechanisms initially in the laboratory, to eventually adapt it to a field use (in-situ cell) in a future project.
The study will be based on two types of samples :
- artificially aged Cu coupons (chemical bath aging) to simulate an atmospheric layer
- corroded copper roofing coupons (~100 years old)
The treatments addressed are :
- carboxylate-based solutions
- sol-gel solutions doped with carboxylates
- wax and BTA in order to compare with treatments already applied in the field
The thickness of the layers makes the analysis conditions complex, so it is important to optimize the working parameters for the targeted methods by electrochemical means:
- polarization curves to determine the passivation and reduction conditions of the oxidized compounds present
- impedance spectroscopy for the electrochemical behavior in system dynamics
The surface and cross-sections of the samples will then be characterized in order to understand the interactions between layers and treatments (micro scale: µ-raman, SEM-EDS).
The objective is to refine the understanding of the protection mechanisms initially in the laboratory, to eventually adapt it to a field use (in-situ cell) in a future project.
Mots clés/Keywords
Corrosion, cuivre, conservation, électrochimie, sol-gel
Compétences/Skills
EIS, Polarisation, Microspectrométrie Raman, Microscopie otique, MEB-EDS
EIS, Polarization, Raman Microspectrometry, Optical Microscopy, SEM-EDS
Exploration de la réactivité de catalyseurs à base de TiO2 par radiolyse
Exploring the reactivity of TiO2 based catalysts from radiolysis
Candidature avant le
25/05/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
non
Contact
HERLIN Nathalie
+33 1 69 08 36 84
Autre lien
Résumé/Summary
L'objectif du stage est de contribuer à l'exploration du potentiel de la radiolyse comme méthodes de criblage de couples réactifs/catalyseurs, en vue du développement d'une chimie économe en énergie et à plus faible impact carbone.
The objective of the internship is to contribute to the exploration of the potential of radiolysis as a screening method for reagent/catalyst couples, with a view to the development of energy-efficient chemistry with a lower carbon impact.
Sujet détaillé/Full description
Dans le contexte de la recherche de procédés moins polluants et plus économes en énergie que les procédés actuels, il est particulièrement intéressant de produire des molécules à fort enjeu telles que CH4, C2H4…. Ainsi, la fabrication d’éthylène, qui est un produit de base de l’industrie des polymères, nécessite l’emploi de hautes pressions et/ou de hautes température. Les procédés tels que la photocatalyse, qui reposent sur l’utilisation de l’énergie lumineuse, paraissent alors séduisants mais leur efficacité est parfois faible et il peut être long d’identifier les meilleurs catalyseurs pour une réaction donnée.
Le laboratoire des Édifices Nanométriques du service NIMBE est spécialiste de la synthèse de différents types de nanostructures pour répondre aux défis sociétaux des secteurs de l’énergie, de l’environnement ou encore de la santé. Dans le cadre de ses activités de recherche, il élabore, pour la photocatalyse, des nanoparticules de TiO2 pures ou modifiées en surface par des métaux [1]. L’efficacité de ces nanoparticules a été testée en photocatalyse pour la production d’éthylène. Les résultats dépendent de la nature du métal employé, de sa dispersion, de la taille des nanoparticules… Une méthode efficace de criblage des différents couples réactifs/catalyseurs serait donc particulièrement utile pour identifier les systèmes les plus performants. L’objectif du présent stage est d’utiliser la radiolyse, qui repose sur l’emploi de rayonnement ionisant pour créer des espèces excitées, pour déterminer si cette méthode peut être pertinente pour cribler efficacement des catalyseurs [2]. Pour cela, le stagiaire réalisera des tests sur des couples réactifs/catalyseurs déjà testés en photocatalyse. L’expérience consistera à préparer les mélanges réactifs/catalyseurs en ampoules scellées, à les irradier et à mesurer les gaz produits, en particulier H2 et C2H4.
Ainsi, le stagiaire aura pour mission de mesurer les différents gaz produits par irradiation de divers couples réactifs/catalyseurs et de comparer ces données à celles obtenues préalablement par photocatalyse. En fonction des résultats, il pourra également être force de proposition pour étendre l’étude à d’autres catalyseurs ou réactifs.
Le stage se déroulera au CEA-Saclay dans le service NIMBE (Nanosciences pour l’innovation, les Matériaux, la Biomédecine et l’Énergie).
Contacts : Sophie Le Caër (NIMBE/LIONS) ou Nathalie Herlin-Boime (NIMBE/LEDNA)
Le laboratoire des Édifices Nanométriques du service NIMBE est spécialiste de la synthèse de différents types de nanostructures pour répondre aux défis sociétaux des secteurs de l’énergie, de l’environnement ou encore de la santé. Dans le cadre de ses activités de recherche, il élabore, pour la photocatalyse, des nanoparticules de TiO2 pures ou modifiées en surface par des métaux [1]. L’efficacité de ces nanoparticules a été testée en photocatalyse pour la production d’éthylène. Les résultats dépendent de la nature du métal employé, de sa dispersion, de la taille des nanoparticules… Une méthode efficace de criblage des différents couples réactifs/catalyseurs serait donc particulièrement utile pour identifier les systèmes les plus performants. L’objectif du présent stage est d’utiliser la radiolyse, qui repose sur l’emploi de rayonnement ionisant pour créer des espèces excitées, pour déterminer si cette méthode peut être pertinente pour cribler efficacement des catalyseurs [2]. Pour cela, le stagiaire réalisera des tests sur des couples réactifs/catalyseurs déjà testés en photocatalyse. L’expérience consistera à préparer les mélanges réactifs/catalyseurs en ampoules scellées, à les irradier et à mesurer les gaz produits, en particulier H2 et C2H4.
Ainsi, le stagiaire aura pour mission de mesurer les différents gaz produits par irradiation de divers couples réactifs/catalyseurs et de comparer ces données à celles obtenues préalablement par photocatalyse. En fonction des résultats, il pourra également être force de proposition pour étendre l’étude à d’autres catalyseurs ou réactifs.
Le stage se déroulera au CEA-Saclay dans le service NIMBE (Nanosciences pour l’innovation, les Matériaux, la Biomédecine et l’Énergie).
Contacts : Sophie Le Caër (NIMBE/LIONS) ou Nathalie Herlin-Boime (NIMBE/LEDNA)
Mots clés/Keywords
Chimie physique
Chemical physics
Compétences/Skills
Radiolyse, chromatographie phase gaz
Radiolysis, gas chromatography
Impression d’objets biocompatibles et revêtement de surface
Printing of biocompatible objects and surface coating
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
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
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
Nanostructures à base de porphyrines
Porphyrin-based nanostructures
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.
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.
Simulation ab initio d’un nouveau catalyseur pour la chimie verte
Ab initio simulation of a new catalyst for green chemistry
Candidature avant le
20/04/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
POLLET Rodolphe
+33 1 69 08 37 13
Résumé/Summary
Ce projet du domaine de la chimie verte se propose de simuler à l'échelle atomique le mécanisme d'hydratation du benzonitrile en phase aqueuse à 80 °C en présence d'un catalyseur non toxique. L'approche théorique retenue couple dynamique moléculaire ab initio et métadynamique.
This project in the field of green chemistry proposes to simulate at the atomic scale the hydration mechanism of benzonitrile in aqueous phase at 80 °C in the presence of a non toxic catalyst. The theoretical approach chosen couples ab initio molecular dynamics and metadynamics.
Sujet détaillé/Full description
La catalyse est l’un des enjeux majeurs de la chimie verte. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à de nombreuses applications industrielles, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. L’utilisation d’un catalyseur sans métal de transition, ayant un impact réduit sur l’environnement (non toxique) et disponible à un coût modeste, est fortement recommandée dans le cadre de la chimie verte.
En collaboration avec l’équipe du professeur Biswal en Inde, à l’origine de l’utilisation de l’hydroxyde de choline (ChOH) pour catalyser cette réaction d’hydratation1, ce projet consistera à modéliser les différentes étapes du mécanisme réactionnel dans le cas du benzonitrile dans l’eau à 80 °C et de vérifier l’hypothèse du rôle crucial des liaisons hydrogène. L’approche théorique retenue est la simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction, la métadynamique. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en phase aqueuse2-4.
1 S. Choudhury, S. Mahapatra, Biswal, Himansu, Green Chemistry. 24 4981 (2022)
2 R. Pollet, W. Chin, J. Phys. Chem. B 125 2942 (2021)
3 R. Pollet, C. S. Bonnet, P. Retailleau, P. Durand, E. Toth, Inorg. Chem. 56 4317 (2017)
4 R. Pollet, N. Nair, D. Marx, Inorg. Chem. 50 4791 (2011)
En collaboration avec l’équipe du professeur Biswal en Inde, à l’origine de l’utilisation de l’hydroxyde de choline (ChOH) pour catalyser cette réaction d’hydratation1, ce projet consistera à modéliser les différentes étapes du mécanisme réactionnel dans le cas du benzonitrile dans l’eau à 80 °C et de vérifier l’hypothèse du rôle crucial des liaisons hydrogène. L’approche théorique retenue est la simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction, la métadynamique. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en phase aqueuse2-4.
1 S. Choudhury, S. Mahapatra, Biswal, Himansu, Green Chemistry. 24 4981 (2022)
2 R. Pollet, W. Chin, J. Phys. Chem. B 125 2942 (2021)
3 R. Pollet, C. S. Bonnet, P. Retailleau, P. Durand, E. Toth, Inorg. Chem. 56 4317 (2017)
4 R. Pollet, N. Nair, D. Marx, Inorg. Chem. 50 4791 (2011)
Catalysis is one of the major challenges of green chemistry. For example, the conversion of a nitrile to an amide, which gives rise to many industrial applications, by hydration requires an efficient catalyst because of its slow kinetics. The use of a transition metal-free catalyst, having a reduced impact on the environment (non-toxic) and available at a modest cost, is strongly recommended in the context of green chemistry.
In collaboration with Professor Biswal's team in India, who initiated the use of choline hydroxide (ChOH) to catalyze this hydration reaction1, this project will consist in modeling the different steps of the reaction mechanism in the case of benzonitrile in water at 80 °C and to verify the hypothesis of the central role of hydrogen bonds. The theoretical approach chosen is the ab initio molecular dynamics simulation coupled with a method that allows the reconstruction of the free energy landscape of the reaction, the metadynamics. This approach has already been successfully used in our laboratory to describe other chemical reactions in aqueous phase2-4.
1 S. Choudhury, S. Mahapatra, Biswal, Himansu, Green Chemistry. 24 4981 (2022)
2 R. Pollet, W. Chin, J. Phys. Chem. B 125 2942 (2021)
3 R. Pollet, C. S. Bonnet, P. Retailleau, P. Durand, E. Toth, Inorg. Chem. 56 4317 (2017)
4 R. Pollet, N. Nair, D. Marx, Inorg. Chem. 50 4791 (2011)
In collaboration with Professor Biswal's team in India, who initiated the use of choline hydroxide (ChOH) to catalyze this hydration reaction1, this project will consist in modeling the different steps of the reaction mechanism in the case of benzonitrile in water at 80 °C and to verify the hypothesis of the central role of hydrogen bonds. The theoretical approach chosen is the ab initio molecular dynamics simulation coupled with a method that allows the reconstruction of the free energy landscape of the reaction, the metadynamics. This approach has already been successfully used in our laboratory to describe other chemical reactions in aqueous phase2-4.
1 S. Choudhury, S. Mahapatra, Biswal, Himansu, Green Chemistry. 24 4981 (2022)
2 R. Pollet, W. Chin, J. Phys. Chem. B 125 2942 (2021)
3 R. Pollet, C. S. Bonnet, P. Retailleau, P. Durand, E. Toth, Inorg. Chem. 56 4317 (2017)
4 R. Pollet, N. Nair, D. Marx, Inorg. Chem. 50 4791 (2011)
Mots clés/Keywords
Chimie verte, chimie théorique
Compétences/Skills
Simulations par dynamique moléculaire ab initio
Ab initio molecular dynamics simulations
Logiciels
Code CPMD
Synthèse et Etudes de Matériaux Graphéniques
Synthesis and Study of Graphenic Materials
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.
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
Synthèse et exploration des propriétés électrochimiques d'électrolytes solides à base d'halogénures pour les applications de batteries
Synthesis and exploration of electrochemical properties of halide-based solid electrolytes for battery applications
Candidature avant le
21/04/2023
Durée
6 mois
Poursuite possible en thèse
oui
Contact
PONGILAT Remith
+33 1 69 08 51 27
Résumé/Summary
Sujet détaillé/Full description
Les batteries au lithium à l'état solide offrent d'excellentes caractéristiques en particulier en matière de sécurité et de densité d'énergie, pour les systèmes de batteries mobiles et les packs pour véhicule électrique (EV). Les batteries solides en céramique sont constituées d'une cathode composite et d'un électrolyte solide, densifiés par co-frittage et empilés avec une anode en lithium métallique ou en silicium.
Dans cette étude, nous avons choisi un matériau d'électrolyte solide à base d'halogénure Li3MCl3 (M=In, Er, Y) pour les études électrochimiques d'une configuration de batterie solide [2]. Ces électrolytes solides à base d'halogénure souffrent cependant d'une instabilité interfaciale lorsqu'ils sont en contact avec le lithium métallique, ce qui empêche leur application dans les systèmes de batteries solides à haute densité énergétique à base de lithium métallique.
Comme alternative, nous prévoyons dans ce projet d'étudier les propriétés électrochimiques et physiques d'une anode composite de nanoparticules de silicium recouvertes de carbone avec un électrolyte solide halogéné. Les anodes de silicium ont une capacité spécifique théorique élevée de 4 200 mAh/g et sont faciles à préparer sous forme de films minces, ce qui augmente leur densité énergétique [3]. Dans un premier temps, les anodes de silicium seront assemblées dans des cellules à base d'électrolyte liquide pour créer une base de référence. Des caractérisations physiques, dont la XRD, la TGA et la spectrométrie Raman, seront effectuées sur les matériaux tels que synthétisés, suivies de caractérisations électrochimiques telles que l'analyse des cycles et l'analyse EIS. Pour une analyse détaillée de l'interface, une analyse par faisceau d'ions sera effectuée sur des batteries solides plus performantes avec une anode en Si@C. Les tâches suivantes seront successivemnt abordées :
- Évaluation des performances électrochimiques des cellules avec anodes en silicium
- Préparation d'une électrode composite avec un électrolyte solide halogéné et une anode en Si@C
- Études de cyclage sur la configuration de la batterie à l'état solide
- Analyse par faisceau d'ions pour la caractérisation de l'interface
Techniques utilisées : Étude électrochimique : cyclage galvanostatique, impédance, capacité de débit et cyclage à long terme, dans divers montages électrochimiques (cellules sous pression Swagelok et pellets) et analyse par faisceau d'ions avec la microsonde nucléaire.
Profil : Étudiant en M2 avec une solide formation en électrochimie/science des matériaux/technologies de l'énergie. Une bonne connaissance des batteries au lithium et des compétences expérimentales seront appréciées.
Dans cette étude, nous avons choisi un matériau d'électrolyte solide à base d'halogénure Li3MCl3 (M=In, Er, Y) pour les études électrochimiques d'une configuration de batterie solide [2]. Ces électrolytes solides à base d'halogénure souffrent cependant d'une instabilité interfaciale lorsqu'ils sont en contact avec le lithium métallique, ce qui empêche leur application dans les systèmes de batteries solides à haute densité énergétique à base de lithium métallique.
Comme alternative, nous prévoyons dans ce projet d'étudier les propriétés électrochimiques et physiques d'une anode composite de nanoparticules de silicium recouvertes de carbone avec un électrolyte solide halogéné. Les anodes de silicium ont une capacité spécifique théorique élevée de 4 200 mAh/g et sont faciles à préparer sous forme de films minces, ce qui augmente leur densité énergétique [3]. Dans un premier temps, les anodes de silicium seront assemblées dans des cellules à base d'électrolyte liquide pour créer une base de référence. Des caractérisations physiques, dont la XRD, la TGA et la spectrométrie Raman, seront effectuées sur les matériaux tels que synthétisés, suivies de caractérisations électrochimiques telles que l'analyse des cycles et l'analyse EIS. Pour une analyse détaillée de l'interface, une analyse par faisceau d'ions sera effectuée sur des batteries solides plus performantes avec une anode en Si@C. Les tâches suivantes seront successivemnt abordées :
- Évaluation des performances électrochimiques des cellules avec anodes en silicium
- Préparation d'une électrode composite avec un électrolyte solide halogéné et une anode en Si@C
- Études de cyclage sur la configuration de la batterie à l'état solide
- Analyse par faisceau d'ions pour la caractérisation de l'interface
Techniques utilisées : Étude électrochimique : cyclage galvanostatique, impédance, capacité de débit et cyclage à long terme, dans divers montages électrochimiques (cellules sous pression Swagelok et pellets) et analyse par faisceau d'ions avec la microsonde nucléaire.
Profil : Étudiant en M2 avec une solide formation en électrochimie/science des matériaux/technologies de l'énergie. Une bonne connaissance des batteries au lithium et des compétences expérimentales seront appréciées.
Solid-state lithium batteries offer the most desirable characteristics such as safety and higher energy densities for mobile and electric vehicle pack battery systems. All ceramic solid-state batteries consist of a composite cathode and solid electrolyte, densified by co-sintering and stacked with a metallic lithium anode or silicon anode. [1] In this study, we selected Halide-based Li3MCl3 (M=In, Er, Y) solid electrolyte material for the electrochemical experiments in solid-state battery configuration. [2] However, halide solid electrolytes are suffering from interfacial instability when in contact with lithium metal, which hinders their application in high energy density lithium metal-based solid-state battery systems. As an alternative, in this project we plan to study the electrochemical and physical properties of composite anode of carbon coated silicon nanoparticles with halide solid electrolyte. Silicon anodes are having high theoretical specific capacity of 4,200 mAh/g and are easy to prepare in thin film forms; subsequently increasing their energy density.[3] Initially, silicon anodes will be assembled in liquid electrolyte-based cells to create a baseline. Physical characterizations including XRD, TGA and Raman spectrometry will be performed on the as-synthesized materials followed by electrochemical characterizations such as cycling and EIS analysis. For detailed interface analysis, ion-beam analysis will be carried out on better-performing solid-state batteries with Si@C anode. In general, the following tasks will be tackled:
• Electrochemical performance evaluation of cells with silicon anodes
• Composite electrode preparation with halide solid electrolyte and Si@C anode
• Cycling studies on the solid-state battery configuration
• Ion-beam analysis for interface characterization
Techniques used: Electrochemical performance tests (galvanostatic cycling, impedance, rate capability, and long-term cycling) in various electrochemical setups (Swagelok and pellet pressure cells) and ion-beam analysis with the nuclear microprobe.
Profile: M2 student with strong background in Electrochemistry/Material Science/Energy technologies. A good knowledge in lithium batteries and experimental skills will be appreciated.
[1] J. C. Bachman, et. al., Chem. Rev. 2016, 116, 140−162
[2] J. Liang, et. al., Acc. Chem. Res. 2021, 54, 1023−1033
[3] C. Keller, et. al., Nanomaterials 2021, 11, 307
• Electrochemical performance evaluation of cells with silicon anodes
• Composite electrode preparation with halide solid electrolyte and Si@C anode
• Cycling studies on the solid-state battery configuration
• Ion-beam analysis for interface characterization
Techniques used: Electrochemical performance tests (galvanostatic cycling, impedance, rate capability, and long-term cycling) in various electrochemical setups (Swagelok and pellet pressure cells) and ion-beam analysis with the nuclear microprobe.
Profile: M2 student with strong background in Electrochemistry/Material Science/Energy technologies. A good knowledge in lithium batteries and experimental skills will be appreciated.
[1] J. C. Bachman, et. al., Chem. Rev. 2016, 116, 140−162
[2] J. Liang, et. al., Acc. Chem. Res. 2021, 54, 1023−1033
[3] C. Keller, et. al., Nanomaterials 2021, 11, 307
Mots clés/Keywords
Electrochimie
Electrochemistry
Compétences/Skills
Cyclage galvanostatique, impédance, capacité de débit et cyclage à long terme, dans divers montages électrochimiques.
Electrochemical performance tests (galvanostatic cycling, impedance, rate capability, and long-term cycling) in various electrochemical setups
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