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Doctorant-e en développement d'un capteur de traces de molécules (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 29 juin 2022

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Informations générales

Référence : UMR7361-KARMOU-005
Lieu de travail : MULHOUSE
Date de publication : mercredi 8 juin 2022
Nom du responsable scientifique : karine.mougin@uha.fr
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135 euros bruts/mois

Description du sujet de thèse

Le sujet de thèse est fondé sur un projet Européen de type M-ERANET intitulé NanoTRAACES qui débutera en Septembre 2022.
Les batteries lithium-ion (LIB) représentent la plus grande part du stockage des batteries électriques de notre société moderne et sont considérées comme une technologie encore utilisable pour les vingt prochaines années, et ce, pour les applications d'appareils de type hybrides et rechargeables et les véhicules électriques.
Un problème technique lié à la conversion de produits chimiques en énergie électrique souvent entraîne des dommages de la batterie tels qu'une surcharge et des fuites à l'extérieur de la batterie.
Pour répondre aux besoins croissants de la société, les problèmes de sécurité des batteries doivent évoluer pour surmonter ces problèmes techniques.
Le projet Européen intitulé « NanoTRAACES » vise à développer une nouvelle micropuce combinée intégrable dans les LIB pour la détection des défaillances électrolytiques des batteries.
C'est dans ce projet que s'intègre cette thèse. Elle vise donc à développer un nouveau concept de capteur basé sur la détection de fuites en temps réel avec une sensibilité élevée aux changements chimiques. Une détection rapide des fuites d'électrolyte de la batterie sera réalisée pour éviter les réactions exothermiques inattendues. Le capteur sera également polyvalent pour mettre en œuvre le concept de surveillance chimique en ligne sur les nouvelles générations de batteries.

Méthodologie :
L'objectif de cette thèse est d'une part de permettre la réalisation de la surface active du capteur ainsi que la mesure de traces de concentration de molécules organiques par voie électrochimique et d'autre part de renforcer les échanges entre les 7 partenaires du projet européen.
La personne recrutée s'impliquera dans les deux étapes de conception de la surface active et de la quantification des traces de molécules.

1) Structuration du substrat à l'aide de NPs métalliques et fonctionnalisation
La première partie s'intéressera au contrôle de la formation de canaux nanostructurés sur un substrat métallique .
Cette technique s'appuiera sur une méthode originale qui consiste à utiliser les propriétés d'auto-assemblage de copolymères à blocs pour réaliser une structuration de surface.
Cette préstructuration de surface permettra l'assemblage et l'accrochage de NPs métalliques qui joueront le rôle de capteurs. Les résultats obtenus permettront de comprendre plus en profondeur les phénomènes qui sont à l'origine du contrôle de la croissance des nanocristaux métalliques sur le substrat.
Dans une seconde partie, les NPs pourront être fonctionnalisées afin d'améliorer, de moduler ou d'ajuster leurs propriétés de surface visant à modifier leur fonction primaire métallique et d'augmenter le potentiel de détection de la surface nanostructurée active.
Ces substrats nanostructurés et fonctionnalisés seront utilisés pour détecter des traces de molécules organiques par voie électrochimiques dans un second temps.

2) Mesures électrochimiques
1.Mesures électrochimiques : évaluation et calibration des fonctions « mesures » aux échelles méso et micro.
‐ Dans un premier temps, dans un environnement dit ''passif'', des mesures d'impédance électrochimique et de voltampérométrie cyclique à différentes vitesses de balayage du potentiel seront réalisées en présence d'un grand nombre de canaux. Le couplage de mesures d'impédance électrochimique (EIS) et de voltampérométrie cyclique permettra de déterminer les mécanismes électrochimiques élémentaires se déroulant à la surface des nanoparticules :
Ces mesures seront ensuite réalisées en diminuant le nombre de canaux afin de définir le seuil de détection du système.
‐ Dans un deuxième temps, les mesures électrochimiques seront réalisées en présence d'un environnement dit ''actif'' et les diagrammes d'impédance / courbes voltampérométriques seront analysées en tenant compte des résultats obtenus sur le système de référence (sans molécules).
- Fonction régénération : un système de nettoyage réversible
On déterminera ensuite les conditions électrochimiques (potentiel) pour les quels il est possible de régénérer la surface de mesure en provoquant la rupture des liaisons éliminant ainsi les molécules de la surface des nanoparticules d'or.

Profil du candidat :
Le candidat devra être titulaire d'un master en sciences ou ingénierie des matériaux, physique ou chimie. Des bases fondamentales dans le domaine des phénomènes interfaciaux (physique ou physico-chimie), en particulier des phénomènes d'auto-assemblages, nanoparticules et nanostructures, ainsi que des notions en électrochimie est fortement recommandé.
Une expérience dans le domaine de la caractérisation de surface par microscopie à sonde locale (AFM) et microscopie électronique (MEB, TEM), Infra-rouge est également souhaitée.
Le candidat sera opérationnel majoritairement sur le site de Mulhouse, mais également chez les autres partenaires du projet.

Des compétences scientifiques et mais également une bonne capacité à formuler et/ou conduire un projet scientifique, une aptitude à travailler en équipe, une forte autonomie, une analyse, une synthèse et esprit critique sont des qualités fortement recommandées pour ce travail de thèse européen.

Contexte de travail

L'Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M) est une unité mixte de recherche CNRS-Université de Haute-Alsace (UMR 7361). De part son caractère pluridisciplinaire, son impact scientifique et ses interactions avec d'autres domaines, le laboratoire constitue une des forces structurantes du paysage des Matériaux et de leurs applications dans le monde académique et industriel, tant au niveau régional que national. L'IS2M a su définir son identité et acquérir une visibilité incontestable dans le paysage international de la recherche très compétitif.
L'IS2M doit sa renommée à l'excellence de sa recherche, au rayonnement scientifique de ses Chercheurs et Enseignants-Chercheurs et au très grand professionnalisme du personnel d'accompagnement à la recherche. Il le doit également à l'attractivité des formations dans lesquelles les Enseignants-Chercheurs sont impliqués et à la réussite professionnelle de ses Doctorants et Post-Doctorants.
L'objectif général de l'Institut est de faire progresser le front des savoirs et de transmettre des connaissances dans le domaine des Surfaces et Interfaces, de la Fonctionnalisation et des Matériaux Poreux.
En particulier, l'Institut se veut un acteur majeur dans le développement de procédés et processus innovants de synthèse, de mise en forme, de fonctionnalisation et de biofonctionnalisation, dans le développement de méthodes de caractérisation (spécifiques et/ou sur mesure), dans l'étude des mécanismes d'interactions entre une surface et son environnement et dans l'étude des corrélations des propriétés aux différentes échelles.
Les autres partenaires sont 4 partenaires académiques :
-LIST-Luxembourg
-KTU -Lituanie
-CNES -Toulouse France
-GIST- Corée du Sud
et 2 partenaires industriels:
- UNS Energy
- Saft batteries

Contraintes et risques

Demande de mobilité des doctorants lié au projet Européen.

Informations complémentaires

Projet Européen M-ERA.NET: Ultrasensitive sensors for the detection of Lithium Ion Batteries fails (2022-2025)
Participation de 5 partenaires académiques :
-IS2M-Mulhouse-France
-LIST-Luxembourg
-KTU -Lituanie
-CNES -Toulouse France
-GIST- Corée du Sud
et 2 partenaires industriels:
- UNS Energy
- Saft batteries

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