Missions

Faisabilité et mise en place de mesures optiques par diffusion Rayleigh forcée, par un gradient de température et de concentration, dans des liquides hétérogènes pour déterminer la thermodiffusion (effet Soret).

Activités

- bibliographie
- mesures d'absorption des liquides étudiés dans le visible et l'infra rouge
- définition de montages optiques
- définition du matériel nécessaire
- analyse des coûts

Compétences

- optique instrumentale visible et infra-rouge
- absorption optique et conversion thermique
- capacité et goût pour la communication et le travail avec des personnes de formations variées (physiciens, chimistes, physicochimistes....)
- goût pour l'expérimentation

Contexte de travail

Le travail se fait dans le cadre de l'ANR WH-RECOLTE (https://anr.fr/Projet-ANR-22-CE50-0030) qui porte sur la conversion de chaleur résiduelle par thermoélectricité, à l'aide de liquides complexes.
Le lieu de travail est le laboratoire PHENIX, Physicochimie des Electrolytes et nanosystèmes interfaciaux, UMR CNRS 8234, qui rassemble des compétences variées non centrées sur l'optique (https://phenix.cnrs.fr/en/home/).

Contexte scientifique:
La thermodiffusion se produit chaque fois qu'il existe un gradient de température. Présente dans les phénomènes naturels, elle peut être utilisée dans de nombreuses applications, par exemple le fractionnement ou le piégeage d'espèces. Notre objectif est ici de mesurer la thermodiffusion dans des liquides hétérogènes, qui sont des dispersions de nanoparticules dans des liquides, considérés comme des candidats possibles en tant que matériau pour les cellules thermoélectriques liquides. De tels dispositifs permettraient de convertir la chaleur résiduelle en électricité (figure 1 ici: https://dropsu.sorbonne-universite.fr/s/QL2oJXgTnSGXs4N).

Etat de l'art à PHENIX:
Actuellement, la thermodiffusion est analysée dans notre laboratoire à l'aide d'un instrument maison adapté aux nanoparticules absorbant la lumière dans les liquides, basé sur la diffusion forcée de Rayleigh (figure 2 ici: https://dropsu.sorbonne-universite.fr/s/srkk5xSHeLFGztp). Un réseau thermique est créé dans le liquide par absorption de la lumière, produisant un réseau de concentration par effet Soret. Les deux réseaux sont ensuite sondés grâce à la diffraction d'un faisceau laser non absorbant [1,2]. Cette technique a été largement utilisée avec des nanoparticules d'oxyde de fer dispersées dans des liquides, également appelés ferrofluides, et les paramètres pertinents ont été identifiés, mais de nombreuses questions restent en suspens. Le contrôle des propriétés n'est en effet pas encore réalisé et constituerait une étape importante pour le développement de la thermoélectricité.

Objectifs du projet:
Le but de ce projet est d'analyser les possibilités de chauffer des échantillons à base de nanoparticules non absorbantes (oxyde de cérium ou de titane, silice...) avec cet appareil. Une première option serait de chauffer le solvant au lieu des particules solides, par exemple en utilisant une lampe infrarouge, qui est disponible. Une autre option serait de chauffer un motif métallique posé sur la paroi de la cellule, induisant ainsi un réseau thermique dans la dispersion.
Le candidat définira les paramètres appropriés et analysera si le chauffage est suffisant pour les différents types de systèmes. Dans l'affirmative, des mesures doivent être effectuées sur différents liquides complexes, et des tests sur des solutions de petits ions sont nécessaires. Dans le cas contraire, d'autres méthodes devront être proposées pour parvenir à mesurer les propriétés thermo-diffusives de telles dispersions.

[1] M. Sarkar et al, Inversion of thermodiffusive properties of ionic colloidal dispersions in water-DMSO mixtures probed by forced Rayleigh scattering, Eur. Phys. J. E 42 (2019) 72
https://DOI.org/10.1140/epje/i2019-11835-6
[2] T. Fiuza et al, Thermodiffusion anisotropy under a magnetic field in ionic liquid-based ferrofluids, Soft Matter 17 (2021) 4566 https://DOI.org/10.1039/d0sm02190c

Contraintes et risques

Manipulations dans une pièce optique avec lampes et lasers.