Description du sujet de thèse

Le silicium nano-poreux offre des fonctionnalités nouvelles dans divers domaines. L'objectif du projet est de développer un matériau hybride ayant des propriétés élastiques contrôlables. À cette fin, un élastomère à cristaux liquides (LCE) sera confiné à l'intérieur des pores d'une membrane en silicium nano-poreux (pSi). Les propriétés mécaniques du LCE changeant significativement en fonction des stimuli [1], on s'attend à ce que ce matériau hybride possède des propriétés accordables. L’idée est donc de combiner la rigidité de la matrice en silicium à l’adaptabilité de l’élastomère pour, à terme, proposer divers dispositifs électromécaniques, tels que des actionneurs ou des capteurs. Pour évaluer le comportement élastique de ce matériau hybride, l’utilisation d’une technique ultrasons laser
est prévue. Celle-ci consiste à engendrer des ondes mécaniques par conversion thermoélastique d’une impulsion laser et à les détecter en surface par interférométrie laser [2]. Au cours de cette thèse, des mesures seront effectuées sur des membranes de différentes porosités, notamment afin de comprendre l’incidence du
réseau poreux sur l'anisotropie du matériau. La faisabilité de ces mesures a été démontrée au cours d’une étude menée sur des membranes de pSi ayant une porosité de 50% [3]. Les ondes élastiques seront ensuite observées dans des membranes de pSi chargé d'élastomère. Les propriétés élastiques effectives de ces
membranes seront évaluées en associant modélisation de guide d’ondes et procédure d'identification inverse développée en parallèle [4].
Ces travaux devraient apporter une meilleure compréhension de l'influence de la morphologie des pores sur la propagation des ondes ainsi que des propriétés mécaniques de matériaux viscoélastiques confinés.

[1] C. Ohm, M. Brehmer, and R. Zentel. “Liquid Crystalline Elastomers as Actuators and Sensors”. Advanced Mat. 22.31 (2010).
[2] C. Prada, O. Balogun, and T. W. Murray. “Laser-based ultrasonic generation and detection of zero-group velocity Lamb
waves in thin plates”. Appl. Phys. Lett. 87 (2005).
[3] M. Thelen, N. Bochud, M. Brinker, C. Prada, and P. Huber. “Laser-excited elastic guided waves reveal the complex
mechanics of nanoporous silicon”. Nat. Comm. 12.1 (2021).
[4] N. Bochud, J. Laurent, F. Bruno, D. Royer, and C. Prada. “Towards real-time assessment of anisotropic plate properties
using elastic guided waves”. J. Acoust. Soc. Am. 143 (2018).

Contexte de travail

Ce sujet de thèse s’inscrit dans un projet de recherche franco-allemand intitulé "Nanoporous siliconelastomer hybrids: from liquid-crystalline functionalization to a tunable elasticity assessed by laser ultrasonics", mené en collaboration avec l’Université de Technologie de Hambourg (Institute for Materials and X-Ray Physics).

La thèse se déroulera à l'Institut Langevin, 1 rue Jussieu, 75005 PARIS.

Contraintes et risques

Risque Laser