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Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique; France; Sur place; EUR 30 000 - 50 000; Plein temps

Résumé du poste

Une entreprise innovante recherche un doctorant pour développer des générateurs tribovoltaïques à faible impact environnemental. Le candidat travaillera sur des formulations à base de biopolymères et semi-conducteurs, en se concentrant sur la caractérisation physico-chimique et la fabrication de prototypes. Ce projet pluridisciplinaire offre l'opportunité de contribuer à des solutions durables en énergie. Si vous êtes passionné par la recherche en matériaux et souhaitez faire avancer la technologie dans un environnement stimulant, cette thèse est faite pour vous.

Qualifications

• Titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d'un MASTER2 Recherche en Matériaux / Physique.
• Compétences en développement et caractérisation de matériaux.

Responsabilités

• Développer et caractériser des générateurs tribovoltaïques intégrant des composites polymères.
• Réaliser des prototypes récupérateurs d’énergie soumis à différentes excitations mécaniques.

Connaissances

Développement de composites polymères

Caractérisation physico-chimique

Microscopie Electronique à Balayage (MEB)

Spectroscopie Photoélectronique X (XPS)

Spectroscopie UV-Visible

Réalisation de prototypes

Formation

Diplôme d'ingénieur

MASTER2 Recherche en Matériaux / Physique

Outils

Logiciels de caractérisation

Équipements de mesure

Description du poste

Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique

Ces dix dernières années, de nombreux travaux ont été réalisés sur les générateurs triboélectriques basés sur des paires polymère isolant/métal d’électronégativité différente, et qui ont permis d’obtenir en sortie des niveaux de tension alternative élevés (100-104 V). Malgré une densité de courant relativement faible (0,01-0,1 A.m-2) et la nécessité d’utiliser un circuit de redressement pour produire une puissance continue, la triboélectricité est devenue une voie prometteuse dans le domaine de la récupération de micro-énergie mécanique ambiante dans le but d’alimenter des dispositifs (ultra-) basse consommation. L’effet tribovoltaïque est similaire à l’effet triboélectrique mais implique une paire semi-conducteur/métal, ce qui conduit à des tensions de sortie plus faibles (1-10 V) mais des courants importants (10 A.m-2). La friction entre les deux éléments constituant la paire génère un contact Schottky qui induit directement un courant et une tension unipolaire, ce qui simplifie la structure du générateur et diminue le coût énergétique.

L’objectif de la thèse est de développer et caractériser des générateurs tribovoltaïques intégrant des composites polymère à base de polymère semi-conducteur équivalent soluble idéalement dans l’eau et d’une matrice biosourcée afin de tendre vers un générateur flexible à faible impact environnemental. Le travail du doctorant consistera à élaborer et caractériser les générateurs et à trouver le meilleur compromis entre une empreinte carbone limitée et un couplage tribovoltaïque efficient, permettant d’obtenir une puissance de l’ordre de quelques centaines de microWatts.

Travail de thèse proposé :

Le travail de cette thèse est pluridisciplinaire. Il débutera par une étude bibliographique, suivie d’une partie expérimentale qui comprendra quatre grandes tâches :

1. Développement des formulations à base de biopolymère/semi-conducteur. L’influence de la nature de biopolymères et sa concentration, de la nature du solvant et le taux de semi-conducteur seront examinées afin de trouver la composition optimale en termes de tenue mécanique et de réponse tribovoltaique. Les films seront obtenus par drop casting ou spin coating sur des substrats conducteurs rigides et flexibles.

2. Caractérisation physico-chimique et structurale des films composites : afin d’estimer le degré d'homogénéité des films composites, la morphologie de surface sera étudiée par Microscopies Electronique à Balayage (MEB) et Force Atomique (AFM) et la composition par Spectroscopie Photoélectronique X (XPS). Des mesures en spectroscopie UV-Visible et Raman seront également menées sur les échantillons afin d’évaluer le degré de miscibilité ainsi qu’une éventuelle influence du mélange et du solvant sur la structure du semi-conducteur organique.

3. Un banc de mesure spécifique est actuellement utilisé pour évaluer l’effet tribovoltaïque des films développés. Ce banc permettra de contrôler la vitesse de glissement, la force de frottement générée par une contrainte statique perpendiculaire au film. Les paramètres clés influençant l’effet tribovoltaïque tels que l’impédance du polymère, le type de métal et leur travail de sortie, la surface de contact (rugosité et coefficient de friction) et le module élastique (module de Young) seront étudiés. Les propriétés diélectriques des composites seront également déterminées en fonction de l’épaisseur du film et du type de substrat.

4. 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, …).

Funding category: Contrat doctoral

Projet: CMA (Compétences et Métiers d'Avenir) ESOS (Electronique Soutenable, Ouverte, et Souveraine)

PHD Country: France

Minimum Requirements: Être titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d'un MASTER2 Recherche en Matériaux / Physique ou équivalent.

Number of offers available: 1

Company/Institute: Institut d'Electronique et des Technologies du numéRique

Country: France

City: Nantes (et Saint-Brieuc)