Description du sujet de thèse

L'avènement de l'Internet des Objets combiné à la transition énergétique globale nécessite la prise en compte de l'impact environnemental de ce nouveau paradigme. Ainsi, la récupération de micro-énergie ambiante (gamme du µW au mW) est une devenue une voie incontournable pour diminuer l'empreinte énergétique des capteurs communicants. En particulier, l'énergie des vibrations basse fréquence (<100 Hz) est généralement récupérée à l'aide d'oxydes piézoélectriques (PZT).
L'objectif du projet est de proposer une alternative aux PZT à base de plomb en développant des films/composites polymère flexoélectriques, à faible impact environnemental et conformes avec la réglementation REACH [1]. La flexoélectricité - polarisation électrique induite par un gradient de déformation (courbure) - est un couplage encore mal connu mais susceptible d'être exalté avec des composés flexibles à grande polarisabilité, et pouvant supporter de très grandes courbures.
L'IETR et MOLTECH-Anjou ont très récemment obtenu des coefficients flexoélectriques géants (15 µC/m) dans certains polymères semi-conducteurs (1000 fois supérieur à celui des polymères isolants) sous des courbures de 40 m-1 [2, 3].
Ces résultats se situent au-delà de l'état de l'art. Le projet va consister à encore améliorer les propriétés flexoélectriques/mécaniques de polymères conjugués par des modifications structurales permettant par exemple d'augmenter la réponse flexoélectrique à basse fréquence par effet flexoionique via l'élaboration de systèmes polyélectrolyte-conjugués. D'autre part, pour obtenir des polymères semi-conducteurs éco-responsables, il sera utilisé des synthèses ayant un impact environnemental limité pour l'obtention des systèmes conjugués, par l'emploi de solvants et procédés verts développés à MOLTECH-Anjou depuis quelques années [4]. Enfin, des bioplastiques à base de matière première végétale seront aussi testés comme matrice chargée par des molécules semi-conductrices. Tous les matériaux développés seront utilisés pour fabriquer et tester des prototypes récupérateurs d'énergie soumis à différentes excitations mécaniques en condition réelle (flux d'air, vibrations sismiques, pression acoustique,…).
[1] https://www.ecologie.gouv.fr/reglementation-reach
[2] Saadeh, M, Frère, P, Guiffard, B. Revealing the flexoelectric‐like response of poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) thin films. Polym Adv Technol. 2020, 31, 2632– 2639
[3] Saadeh, M.; Aceta, Y.; Frère, P.; Guiffard, B. Enhancing flexoelectricity in PEDOT: PSS polymer films with soft treatments. J. App. Phys. 2021, 130 (1), 014103.
[4] Faurie, A. ; Grolleau J.; Gohier F.; Allain M.; Legoupy S.; Frère P. Toward sustainable organic semiconductors from a broad palette of green reactions. Eur. J. Org. Chem. 2017, 19, 2707-2714.

Contexte de travail

La thèse se déroulera dans l'équipe Matériaux Fonctionnels (FunMAT) de l Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique, IETR UMR CNRS 6164 Site de Nantes Université, UFR Sciences et Techniques. Les activités de recherche amont et appliquée de l'équipe FunMAT se concentrent sur la détermination et la maîtrise des différentes propriétés fonctionnelles des matériaux développés en son sein. Il s'agit plus particulièrement des propriétés piézoélectriques et ferroélectriques non-linéaires des matériaux oxydes et de la flexoélectricité dans les polymères. Dans certains cas, notamment pour les applications électroniques / hyperfréquences, l'équipe conçoit des dispositifs démonstrateurs à partir des matériaux fonctionnels développés en interne (capteurs, micro-générateurs piézoélectriques, antennes accordables, …) ; dans d'autres cas, il s'agit de recherche amont avec une potentialité applicative argumentée vers les besoins sociétaux (énergie, santé, habitat, transports, défense, …). Les travaux de FunMAT s'inscrivent dans une démarche de « co-conception Matériaux/Dispositifs». Promouvant ainsi les potentialités des matériaux étudiés, la recherche de l'équipe FunMAT à Nantes se
décline en 3 axes majeurs : matériaux pour la miniaturisation et la reconfigurabilité, matériaux pour antennes-capteurs et pour la récupération et le stockage de l'énergie.
Le (la) doctorant(e) effectuera des déplacements ponctuels à MOLTECH-Anjou (Angers)

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.