H/F Développement de fils nanocomposites multifonctionnels à base de nanotubes de carbone
Detail de l'annonce :
Date Limite Candidature : mercredi 24 novembre 2021
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INFORMATIONS GÉNÉRALES
Référence : UMR8579-JINBAI1-004
Lieu de travail : GIF SUR YVETTE
Date de publication : mercredi 3 novembre 2021
Nom du responsable scientifique : Jinbo Bai
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 février 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel
DESCRIPTION DU SUJET DE THÈSE
Dans ce projet, nous proposons de mener une étude systématique, qui
comprend la synthèse et l'assemblage de NTC, l'étude des mécanismes
et la caractérisation des propriétés des fils à plusieurs
échelles. Pour la synthèse des NTC, nous avons l'intention de mieux
comprendre les processus de formation des nanoparticules à partir de
leurs précurseurs via des techniques de diagnostic in-situ et des
techniques microscopiques à haute résolution. Le diagnostic laser
in-situ développé (IPI-Interferometric particule
imaging/PTV-Particle tracking velocimetry/GRT-Global rainbow
thermometry) permet d'étudier l'évolution de la taille, de
l'itinéraire et de la vitesse des gouttelettes. Combinées à la
technique MET haute résolution, les techniques développées LII
(Incandescence induite par laser)/LIF (fluorescence induite par laser)
seront utilisées pour surveiller la nucléation et la croissance des
nanoparticules. Pour l'assemblage des NTC, une technique et un
équipement de filage spécifiques seront utilisés en fonction des
états d'organisation des NTC et des caractéristiques du substrat.
L'optimisation des paramètres de procédé sera systématiquement
étudiée, ainsi que pour les post-traitements incluant la
densification, la fonctionnalisation ou l'alliage métallique. Pour
les propriétés des fils CNT, une stratégie multi-échelle
nano/micro/méso est prévue afin de développer une compréhension
approfondie des propriétés électriques et mécaniques des fils.
Pour ce faire, la plateforme microscopique équipée de SEM, FIB et
HRTEM haute résolution est disponible dans notre laboratoire. Cela
aide à corréler les microstructures avec les propriétés du fil. Il
nous guiderait pour optimiser les conditions d'élaboration
précédentes et les performances du produit final.
CONTEXTE DE TRAVAIL
Les fils multifonctionnels légers avec une conductivité électrique
et une résistance mécanique élevées sont fortement souhaités pour
la réduction du poids des appareils haut de gamme. Les nanotubes de
carbone (CNT) ont une résistance à la traction théorique aussi
élevée que 100 GPa, c'est-à-dire 100 fois plus résistants et 6
fois plus légers qu'un fil inoxydable de même diamètre. Pendant ce
temps, sa conductivité électrique pourrait atteindre 108 S/m,
supérieure à celle du cuivre. Ainsi, les NTC présentent des
applications potentielles prometteuses dans la production de fils
haute performance.
Cependant, les NTC de haute qualité qui présentent des performances
aussi élevées sont assez difficiles à produire non seulement à
l'échelle industrielle mais aussi dans les laboratoires
universitaires. De nos jours, les NTC disponibles dans le commerce
sont souvent très courts et avec de faibles propriétés électriques
et mécaniques, principalement en raison d'un grand nombre de
défauts. Il est bien connu que les propriétés des NTC dépendent
fortement de leur structure cristallographique, y compris
l'arrangement des atomes, les défauts topographiques, le nombre et la
longueur de paroi, qui sont presque définis lors de leur nucléation
et croissance sur des nanoparticules de catalyseur métallique. Ainsi,
la poursuite du contrôle sur la formation et la structure des
nanoparticules est particulièrement importante pour obtenir des NTC
de haute qualité et pour obtenir d'excellentes performances pour
différentes applications.
Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est l'une des méthodes les
plus utilisées dans la production de NTC. Ceci est principalement dû
à sa combinaison coût-efficacité. Le principe général consiste à
(1) décomposer thermiquement et catalytiquement les sources de
carbone dans un environnement défini, et (2) à auto-organiser les
atomes de carbone précipitant des nanoparticules métalliques. Les
nanoparticules changent de manière dynamique à la fois en taille et
en activité, tout au long du processus, de la nucléation à la
désactivation. Une compréhension claire du processus catalytique
dynamique des nanoparticules est fortement souhaitée pour obtenir des
NTC de haute qualité et surmonter les obstacles actuels de la
synthèse des NTC.
Bien entendu, le procédé de transformation qui permet d'assembler
les NTC ou de développer leurs composites joue également un rôle
important dans la production de fils NTC hautes performances. Un moyen
efficace est indispensable pour construire des CNT continuellement
alignés. Un réseau d'interactions fortes entre CNT voisins est
également privilégié afin d'assurer un transfert efficace des
charges électriques et des contraintes mécaniques d'une unité de
construction à une autre. Sans aucun doute, les propriétés
interfaciales devraient également être optimisées dans ce type de
nanocomposites.
Ce travail de thèse sera réalisé dans l'équipe Nanotubes et
micro/nanocomposites au laboratoire MSSMat à Ecole CentraleSupélec
sur le plateau de Sacaly. Cette équipe est composée de J. Bai, D.
He, P. Haghi-Ashtiani, A.-L. Hamon, D. Aubry.
Les activités de recherche portent sur la chaine complète de la
synthèse, la caractérisation et la modélisation des matériaux
composites multi-échelles et multiphysiques. L'objectif est d'obtenir
des matériaux haute performance recherchés par l'industrie, pour
répondre à l'exigence croissante en termes de propriété mécanique
et d'autres fonctionnalités. Le lab. MSSMat dispose des moyens
nécessaires pour mener à bien ce projet.
CONTRAINTES ET RISQUES
nanomatériaux, procédé CVD, polymères
INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES
Les candidats possédant des connaissances et une expertise dans
plusieurs disciplines, notamment la science des matériaux, le
diagnostic optique, la chimie et la physique des procédés CVD et des
polymères/métaux, sont invités à postuler.