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Stage 2024

Élaboration des systèmes de stockage de l'énergie flexibles et étirables (pourvu)
Résumé du sujet

Dans l’ère de IoT, l’électronique flexible et imprimable devient de plus en plus une technologie populaire et dominante dans la vie quotidienne. Afin d’assurer une bonne autonomie de ces dispositifs, un système de stockage de l’énergie flexibles et étirables devient indispensable. Cependant, les systèmes de stockage conventionnel (batteries au Li-ion ou condensateurs), constitués des éléments inorganiques, présentent des contraintes mécaniques trop importantes. A partir de ces exigences et de l’état de l’art actuel, les dispositifs à base de polymère deviennent un candidat potentiel pour résoudre ce problématique [1-2]. Malgré des avantages d’être flexible et potentiellement étirable, ces systèmes présentent des défauts dans la performance de stockage (densité de puissance et d’énergie très faible), conduisant à une masse plus élevée pour une même capacité de stockage.

Ce phénomène est très souvent attribué à une faible diffusion d’ion à travers différentes interfaces de la cellule. Une nouvelle conception de dispositif sera ainsi nécessaire afin d’optimiser la synergie de densité de puissance et de l’énergie. Dans ce contexte, le projet de stage consiste à concevoir de nouvelles approches pour fabriquer les électrodes et les électrolytes polymères pour le système combiné de supercondensateur et batterie, nommé supercabatteries. En effet, les dispositifs développés durant le stage se sont composés d’une tri-couche de différents matériaux avec un minimum de problème interfacial. Précisément, la première couche sera composé de polymère multirédox de type batteries figé dans un réseau de polyélectrolyte sur laquelle une couche du même polyélectrolyte est déposée. Et le dispositif se complète avec une deuxième électrode de matériaux supercondensateur (Figure). Ce type d’organisation permet d’augmenter simultanément la densité de puissance et d’énergie du système [3].

Pendant le stage, le(a) candidat(e) sera confié des taches suivantes :

  • (1) Synthèse et caractérisation de matériaux d’électrodes (e.g. polymère rédox, et/ou polymère conducteur) et d’électrolyte (ionogel/hydrogel),
  • (2) Elaboration des 2 électrodes en changeant le ratio de la matière de stockage et du réseau d’électrolyte suivi des études physico-chimiques et électrochimiques/mécaniques afin de déterminer la meilleure composition,
  • (3) Etudes des performances de stockage du dispositif final.

Références :
(1) Kolathodi et al., J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 21124-21134
(2) Liu et al., Adv. Mater. 2017, 29, 1603436.
(3) Yu et al., Nanoscale, 2019,11, 17939-17946
Profil du candidat
  • Master 2 en chimie, une formation ou expérience dans le domaine des matériaux polymères sera appréciée.
  • Un niveau d’anglais correct sera également apprécié.
Contact

Personnes à contacter et/ou pour candidater :
Les candidat(e)s devront transmettre un CV, relevés de notes de Master 1 et une lettre de motivation à :

  • Thuan Nguyen Pham Truong: thuan-nguyen.pham-truong@cyu.fr
  • Thi Khanh Ly Ngyuen: thi-khanh-ly.nguyen@cyu.fr
Synthèse et caractérisation de polymères stimulables pour application biomédicale (pourvu)
Résumé du sujet

La déficience auditive touche un nombre croissant de personnes à travers le monde. Cette affection désigne des personnes présentant des pertes variables de leur capacité d’audition, allant de -20 décibels pour une surdité légère à -90 décibels et au-delà pour une surdité profonde. Pour les patients atteints d’une surdité sévère à profonde, la pose d’un implant cochléaire est nécessaire.
Un implant cochléaire est un dispositif électronique dont la pose nécessite une intervention chirurgicale. L’implantation cochléaire va consister à mettre en place dans la cochlée, un système qui va stimuler électriquement le départ du nerf auditif et redonner des sensations sonores. Ce dispositif d’audition est composé de deux parties, une partie interne implantée chirurgicalement dans la cochlée et une partie externe, qui est le processeur vocal, qui capte les sons et les relie aux éléments internes. Du fait de la dimension et de la souplesse de l’implant, son insertion manuelle dans la cochlée (forme de spirale) par le chirurgien est très minutieuse et difficile avec une insertion incomplète ou un échec d’insertion dans près de 30% des cas.

Le projet ANR PRCE ROBOCOP (https://anr.fr/Project-ANR-19-CE19-0026) vise à développer une nouvelle génération d’implant cochléaire dont la courbure pourrait être contrôlée électriquement par le praticien, facilitant ainsi son insertion et les chances de succès de l’intervention. Cet objectif passe par le développement de matériaux électrostimulables biocompatibles à base de polymères conducteurs électroniques et capables de se déformer en flexion sous une stimulation de faible voltage (~1V). Cette famille de matériau est étudiée depuis de nombreuses années au travers d’une collaboration entre le LPPI (CY Cergy Paris Université, Cergy) et l’Institut d’Electronique, Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN, Lille) et a initialement été développé pour la microrobotique Dans le cadre du projet ROBOCOP, deux approches prometteuses ont été explorées :

  • La première vise à adapter la synthèse de microactionneurs tricouches existants (Lien vidéo) à partir de précurseurs non-toxiques, compatibles avec l’application envisagée. Ces microactionneurs pourront ensuite être intégrés à l’implant cochléaire.
  • La seconde consiste à fonctionnaliser directement la surface de l’implant à l’aide du polymère conducteur électronique afin de rendre l’implant électrocontrôlable (Lien video).
 
Micro actionneur tricouche
Polymère électrocontrôlable

Ce sujet de stage de 6 mois, proposé à des étudiants de Master 2 ou de dernière année d’école d’ingénieur, a pour but de synthétiser et caractériser les actionneurs polymères selon les deux approches considérées ci-dessus. Ce travail impliquera la synthèse de couches actives de polymères conducteurs à partir d’encres commerciales formulées (PEDOT :PSS) et par électropolymérisation, la synthèse de membranes polymères conductrices ioniques, l’élaboration et la caractérisation électromécanique de dispositifs électrostimulables et enfin l’évaluation de leur biocompatibilité selon la norme ISO 10993. Le(la) stagiaire sera formé(e) sur différents techniques de synthèse de matériaux conducteurs ioniques et électroniques et leur caractérisation ainsi sur les techniques d'élaboration et de caractérisation de films minces et de matériaux électrostimulables.
Le(la) stagiaire sera amené(e) à travailler dans un projet de recherche multi-disciplinaire en participant aux réunions et aux interactions avec les différents partenaires du projet.
Profil du candidat
  • Master 2 Chimie avec idéalement une spécialisation en chimie et physico-chimie des polymères. Des bases théoriques ou expérimentales sur les polymères conducteurs électroniques et l’électrochimie sera un plus.
  • Excellente expression orale et écrite, capacité de compréhension de nouveaux concepts, autonomie et rigueur
  • Capacité à travailler en équipe dans le cadre d’un projet multidisciplinaire rassemblant chimistes, physiciens des microsystèmes, spécialistes de la modélisation, chirurgiens et entreprise du biomédical
Contact

Personnes à contacter et/ou pour candidater :
Les candidat(e)s devront transmettre un CV, relevés de notes de Master 1 et une lettre de motivation à :

  • Cédric Plesse : cedric.plesse@cyu.fr
  • Giao Ngyuen: tran-minh-giao.nguyen@cyu.fr
Gels conducteurs biosourcés pour des dispositifs ionotroniques (pourvu)
Résumé du sujet


Ces dernières années, le domaine de la science des matériaux a connu un regain d'intérêt dans le développement de gels conducteurs ioniques pour une myriade d'applications émergentes, notamment les muscles artificiels, les textiles électroactifs, les peaux artificielles piezo-ioniques, et de manière plus générale dans le domaine de la ionotronique (câbles ioniques, électrodes, transistors…). Ces gels avancés, avec leurs remarquables propriétés de transport d'ions et leurs caractéristiques mécaniques uniques, ont le potentiel de révolutionner diverses industries, allant de la robotique et de la santé à l'énergie et aux textiles. La poursuite des recherches dans ce domaine promet de débloquer de nouvelles fonctionnalités, d'améliorer les performances des dispositifs et de façonner l'avenir des matériaux et technologies avancées.Dans ce cadre, un stage de recherche de Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur est proposé au LPPI et portera sur le développement de nouveaux gels à base de matériaux biosourcés adaptés au contact avec la peau humaine, pour des applications telles que les capteurs piézoioniques ou les actionneurs textiles.

Figure 1. A) Exemple de structure de polymères biosourcés. B) Gel d’alginate. C) Schéma du fonctionnement de la peau ionique1.
Figure 1. A) Exemple de structure de polymères biosourcés. B) Gel d’alginate. C) Schéma du fonctionnement de la peau ionique1.

Figure 1. A) Exemple de structure de polymères biosourcés. B) Gel d’alginate. C) Schéma du fonctionnement de la peau ionique1.



L’objectif du projet consistera à évaluer les paramètres de synthèse permettant d'obtenir des gels stables à l'air en utilisant des biopolymères tels que l'alginate, l'acide hyaluronique, la gélatine, le κ-carraghénane, le chitosane, l'agar, etc en combinaison avec un électrolyte « respectueux de l'environnement » (ex : NaCl, lactate de choline, acétate de choline, solvants eutectiques profonds…). Ces matériaux seront synthétisés, caractérisés et optimisés afin de sélectionner les meilleurs candidats pour l'intégration dans des dispositifs tels que les muscles artificiels, les textiles électroactifs, la peau piézoionique ou les câbles ioniques. Le stagiaire sera formé en particulier sur différents techniques de synthèse des réseaux de polymères et de matériaux conducteurs ioniques et leur caractérisation (DMA, DSC, TGA, traction, mesure de conductivité ..) ainsi sur la caractérisation piézo-ionique.
Les résultats de ce projet de recherche serviront comme l’étude préliminaire d'une future thèse de doctorat en collaboration avec l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) à Vancouver (Canada).

[1] Dobashi, Y.; Yao, D.; Petel, Y.; Nguyen, T. N.; Sarwar, M. S.; Thabet, Y.; Ng, C. L. W.; Scabeni Glitz, E.; Nguyen, G. T. M.; Plesse, C.; Vidal, F.; Michal, C. A.; Madden, J. D. W. Piezoionic Mechanoreceptors: Force-Induced Current Generation in Hydrogels. Science 2022, 376 (6592), 502–507. https://doi.org/10.1126/science.aaw1974.

Profil du candidat
  • Niveau Master 2 en Chimie ou dernière année d’école d’ingénieur, avec idéalement une spécialisation en chimie et physico-chimie des polymères. Des bases théoriques ou expérimentales sur les polymères biosources et/ou les gels conducteurs ainsi que leurs applications seront un plus.
  • Excellente expression orale et écrite, capacité de compréhension de nouveaux concepts, autonomie et rigueur. La maîtrise de l'anglais sera appréciée.
Contact

Personnes à contacter et/ou pour candidater :
Les candidat(e)s devront transmettre un CV, relevés de notes de Master 1 et une lettre de motivation à :

  • Daniel Aguilera Bulla: daniel.aguilera-bulla@cyu.fr

Suite à une présélection, les candidats devront effectuer une présentation PowerPoint de 10 minutes portant sur leur parcours, leur motivation et leur compréhension du sujet.
Synthèse de réseaux organiques bidimensionnels (COF et MOF 2D) à l’interface air-eau  
Résumé du sujet


Les réseaux organiques sont des matériaux microporeux avec une structure hautement ordonnée composée de cations métalliques et de ligands organiques (on parle de réseaux métal-organiques, ‘MOF’) ou ligands organiques dont la cohésion est assurée par des liaisons covalentes (on parle de réseaux covalent organiques, ‘COF’). Grâce à leur conductivité électronique élevée, ces matériaux peuvent être utlisés dans diverses applications telles que dans les dispositifs nanotechnologiques et la biomédecine.[1-3] L'approche la plus répandue, connue aujourd'hui pour le dépôt de ces matériaux sur des substrats solides est la technique de trempage couche par couche. Celle-ci consiste en la croissance directe de films MOF ou COF par trempage du substrat solide dans le mélange réactionnel conduisant à l'empilement de films dont l'épaisseur peut varier de quelques centaines de nanomètres à de plusieurs micromètres (3D). En revanche, ces assemblages présentent une organisation moins ordonnée, que ce soit entre différentes couches ou sur le plan latéral du film à l’échelle macroscopique. Une alternative intéressante, peu rapportée dans la littérature pour ces systèmes, est la technique du film de Langmuir permettant un contrôle précis de l'organisation des films en termes d'épaisseur et de densité moléculaire. Ainsi, ce sujet de stage Master 2 a pour objectif d’élaborer ces films COF et/ou MOF 2D à l’interface air-eau en s’intéressant à l’effet du cation métallique (cas du MOF) ou du liant organique (cas du COF) sur l’organisation du réseau à la surface de l’eau. Pour cela, une quantité du ligand organique sera dissoute dans un solvant volatil puis épandue à la surface d’une sous-phase aqueuse contenant soit le cation métallique soit le liant covalent. Le film de Langmuir ainsi formé sera caractérisé in situ par des mesures thermodynamiques couplées à des observations microscopiques. Dans une seconde phase de stage, des caractérisations de la morphologie et de la conductivité électroniques de ces réseaux 2D seront réalisées après transfert des films de Langmuir sur des substrats solides.

Références :
[1] H. Furukawa, K.E. Cordova, M. O’Keeffe, O.M. Yaghi; Science 341, 974 (2013).
[2] P. Horcajada, R. Gref, T. Baati, P.K. Allan, G. Maurin, P. Couvreur, G. Férey, R.E. Morris, C. Serre ;Chem. Rev. 112, 1232–1268 (2012).
[3] L.E. Kreno, K. Leong, O.K. Farha, M. Allendorf, R.P. Van Duyne, J.T. Hupp; Chem. Rev. 112,1105–1125 (2012).

Profil du candidat

  • Master en physique et/ou chimie. Une formation ou expérience dans le domaine des matériaux polymère sera appréciée. Un niveau d’anglais correct sera également apprécié.
Contact


Personnes à contacter et/ou pour candidater :
Les candidat(e)s devront transmettre un CV (avec les coordonnées d’une ou deux références), une lettre de motivation, leurs relevés de notes de Master 1 à :

  • Thuan Nguyen PHAM TRUONG: thuan-nguyen.pham-truong@cyu.fr,
  • Alae EL HAITAMI: alae.el-haitami@cyu.fr;