Thèses à l’UDSMM, Rentrée 2018

L’UDSMM propose plusieurs sujets de thèse à la rentrée 2018.

Pour candidater, il faut passer par l’Ecole Doctorale EDSMRE . Nous invitons les candidats à contacter les responsables du sujet de thèse auparavant.

 

Matériaux organiques à base de cristaux liquides discotiques pour application dans
des dispositifs photovoltaïques flexibles..

Matériaux organiques à base de cristaux liquides discotiques pour application dans des dispositifs photovoltaïques flexibles.

RÉSUMÉ DU SUJET

Grâce à leurs propriétés électriques, les matériaux organiques semi-conducteurs/conducteurs constituent une des alternatives au silicium qui domine actuellement l’industrie de l’électronique. Ces matériaux présentent de nombreux avantages: possibilité d’ajustement de leurs propriétés (optiques, électroniques…) par modification de leur structure moléculaire, compatibilité avec les substrats flexibles, légèreté, plasticité. L’un des aspects les plus prometteurs pour leur développement est la mise au point de procédés de fabrication à faible coût.

On peut distinguer deux grandes familles de matériaux organiques semi-conducteurs : les polymères et les matériaux à bas poids moléculaire. Plusieurs types de ces matériaux ont été rapportés dans la littérature, notamment des composés à base de pantacène,  de fullerène, et le Poly(3-hexylthiophene) (P3HT).

Depuis quelques années, les matériaux cristaux liquides suscitent un intérêt grandissant des chercheurs pour leur potentiel d’utilisation dans les dispositifs électroniques organiques.

Les cristaux liquides présentent des états de la matière intermédiaires entre les états liquide et solide. Ce sont des matériaux fluides et auto-organisés pouvant présenter des ordres d’orientation et de position (structures en couches ou sous forme de colonnes, selon la forme de la molécule), ce qui leur confère la propriété d’anisotropie. Ils sont connus pour être utilisés dans les dispositifs électro-optiques et de visualisation. Récemment, des propriétés de transport électronique ont été mises en évidence dans des cristaux liquides dont les molécules sont de forme allongée (calamitiques) ou de disque (discotiques)  ainsi que dans des polymères cristaux liquides.

Le sujet de recherche proposé concerne l’étude et l’utilisation de matériaux organiques flexibles à base de cristaux liquides discotiques (CLDs) semi-conducteurs. Ces CLDs sont susceptibles de s’auto-organiser sous forme d’une structure colonnaire ordonnée grâce à la forme plane de leurs molécules, constituées de noyaux polyaromatiques rigides entourées de chaînes aliphatiques flexibles fonctionnalisables. Ces chaines permettent entre autre de rendre les molécules polymérisables. La structure colonnaire des CLDs favorise un recouvrement des orbitales électroniques π des molécules voisines, ce qui confère à ces matériaux des propriétés électroniques remarquables, essentiellement une grande mobilité des porteurs de charge le long des colonnes. Cependant, l’alignement des CLDs sur de grandes surfaces constitue un frein pour leur utilisation dans des dispositifs électroniques.

On propose dans le cadre de ce projet de thèse, une voie de recherche qui permettrait non seulement d’améliorer l’orientation des domaines colonnaires des CLDs, mais aussi d’augmenter la stabilité dans le temps de cette orientation.  La méthode envisagée consiste  à doper le matériau CLD avec un monomère bifonctionnel photo-polymérisable conduisant, après réticulation dans la structure colonnaire, à un réseau polymère qui stabilise dans le volume l’état d’alignement de cette structure. Ces matériaux (qu’on peut appeler gels discotiques) sont très prometteurs pour l’optimisation des propriétés de conduction électrique, et pour la réalisation de dispositifs photovoltaïques organiques souples.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Ecole Doctorale Sciences de la Matière du Rayonnement et de l’Environnement (104)

Pr. Redouane DOUALI, Redouane.Douali@univ-littoral.fr, Téléphone : (+33) 03.21.46.36.12

Pr. Abdelylah DAOUDI, daoudi@univ-littoral.fr

Electrodes transparentes de graphène déposées par la méthode «Electro-pulvérisation » - Interactions avec un cristal liquide et applications en électronique

Electrodes transparentes de graphène déposées par la méthode «Electro-pulvérisation » – Interactions avec un cristal liquide et applications en électronique

Le sujet de thèse a pour objectif l’élaboration de films minces de graphène et leur utilisation en tant qu’électrodes transparentes dans des dispositifs électroniques à couche active cristal liquide. Le graphène est un matériau prometteur qui suscite un vif intérêt, tant au niveau universitaire qu’industriel, du fait de ses propriétés exceptionnelles. Les films minces seront déposés par la méthode d’électropulvérisation.
A notre connaissance, cette technique de dépôt n’a pas été appliquée au graphène. Le travail comprendra la mise au point des paramètres de dépôt et de recuit des films notamment sur des substrats de verre et leurs
caractérisations physico-chimique et électrique. L’interaction des films de graphène avec un cristal liquide sera étudiée (orientation préférentielle, force d’ancrage). Des dispositifs seront réalisés et les performances comparées aux dispositifs classiques utilisant une couche d’oxyde d’indium et d’étain (ITO). Les dispositifs visés sont les dispositifs de visualisation et les cellules solaires qui nécessitent des électrodes
transparentes. Les films de graphène permettraient de remplacer les électrodes actuellement utilisées.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Ecole Doctorale Sciences de la Matière du Rayonnement et de l’Environnement (104)

Pr. Redouane DOUALI (ULCO), Redouane.Douali@univ-littoral.fr, Téléphone : (+33) 03.21.46.36.12

Pr. Doumit Zaouk (UL), Unité « Laboratoire de Physique Appliquée », Université Libanaise,  Faculté des Sciences II , Campus Fanar (co-directeur de thèse), Téléphone : 961(0) 1 680 248/9 ext. 1506, doumitzaouk@ul.edu.lb

Optimisation des paramètres de dépôts et réalisation d’un capteur de gaz 2D ultrasensible à oxydes métalliques ; effet de la pression et de l’humidité.

Optimisation des paramètres de dépôts et réalisation d’un capteur de gaz 2D ultrasensible à oxydes métalliques ; effet de la pression et de l’humidité

Les préoccupations actuelles de protection de l’environnement se focalisent sur la qualité de l’air dans les industries, les villes et foyers domestiques. Cette forte tendance à vouloir contrôler la pureté de l’air conduit à la création, notamment en Europe, de réseaux d’observation et de mesures des gaz polluants et nocifs les plus
abondants dans l’atmosphère tels que le monoxyde de carbone CO2, les oxydes d’azotes NOx, les hydrocarbures ou l’ozone. Dans ce travail, on se propose de poursuivre le développement des couches
minces de ZnO pour des applications en capteurs ultrasensibles.

L’élaboration du matériau se fera à la plateforme technologique de l’IEMN de Lille au moyen d’un bâti de pulvérisation cathodique. Par la suite, nous envisageons de reprendre une étude expérimentale du bruit BF dans les matériaux en couches très minces constituant des échantillons quasi 2-D. Nous continuerons la validation en laboratoire
avec d’autres gaz et selon différents taux d’humidité et de pression. La technologie aujourd’hui permet en effet la réalisation d’échantillons de matériaux de bonne qualité sous la forme de dépôts sur substrat ou de membranes. Il semble également possible de texturer à l’échelle micronique les surfaces sous test pour générer des motifs d’intérêt particulier qui transforment ces surfaces en modèles physiques à la
demande pour les études en cours. Ces possibilités nouvelles ouvrent un champ expérimental intéressant au moment où la miniaturisation poussée des objets fait croître le rôle de la surface, où également la chimie de surface devient une des clés pour la sélectivité de détecteurs de sensibilité ultime. Dans ce contexte, il nous
semble intéressant de reprendre une étude expérimentale du bruit BF et de réexaminer la validité des résultats et des modèles établis essentiellement pour une conduction de type « bulk ». En effet à notre connaissance, les travaux portant sur les aspects 2-D concernent plutôt des couches de type « enterrées » dans des composants électroniques. Ici, il s’agit de surfaces accessibles dont l’état physicochimique demande à être contrôlé, leur application à un usage de détection impliquant leur exposition. Nous envisageons donc de mettre à profit les résultats d’une telle étude pour optimiser une architecture qui permet d’amplifier les variations du bruit en 1/f du capteur suite à la détection d’une modification de l’état physicochimique
de sa surface (détection de type biopuces). A l’issue des 3 ans, la réalisation d’un prototype et la participation à un transfert de technologie pourraient clôturer le travail.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

LEROY Gérard (Professeur), leroy@univ-littoral.fr, Téléphone : 03.21.46.57.82
Co-encadrant : Nicolas Waldhoff (Maître de Conférences), nicolas.waldhoff@eilco-ulco.fr, Téléphone : 03 21.17.10.16

Oxydes sans plomb à fort coefficient de qualité pour le stockage de l’énergie électrique

Oxydes sans plomb à fort coefficient de qualité pour le stockage de l’énergie électrique

Résumé du sujet :

Le but de ce travail est de contribuer à l’élaboration de nouveaux oxydes sans plomb pour la réalisation de condensateurs à fort coefficient de qualité (Q = 1/tgd) et forte capacité de stockage pour des applications en haute fréquence tels que les dispositifs de communication, résonateurs, filtres hyperfréquences,…. Actuellement, les condensateurs à base du matériau PbZrTiO3 (PZT) permettent d’embarquer de hautes densités d’énergie, mais cet oxyde contient du plomb. Hors, la directive européenne RoHS en application depuis le 1er/07/2006, considère le plomb comme une substance dangereuse devant être remplacée par d’autres matériaux inoffensifs pour la santé et l’environnement.

Parmi les candidats potentiels au remplacement du PZT, l’oxyde SrTiO3 présente de faibles pertes diélectriques sur une large gamme de fréquence et ses propriétés diélectriques peuvent être améliorées par la substitution des ions Sr2+ par des ions de même valence. Durant la thèse H. Aït Laasri effectuée à l’UDSMM, les travaux réalisés sur le matériau SrTiO3 ont montré qu’un dopage avec un taux de 40% de calcium a permis d’obtenir une permittivité diélectrique stable et un coefficient de qualité élevé sur une large gamme de température et de fréquence : jusque 250°C et 1 GHz, faisant de ce matériau un réel candidat pour le développement de condensateurs monolithiques sans plomb pour des applications hautes fréquences respectueuses de l’environnement.

Ce travail de thèse consistera à élaborer le matériau SrTiO3 avec des taux de dopage en Ca allant de 30 à 60 % afin de rester autour de l’état antiferroélectrique. L’oxyde SrCaTiO3 sera étudié sous forme de céramiques, couches épaisses et couches minces via différents procédés de synthèse. Une attention particulière sera
donnée à la fabrication de multicouches associant des compositions différentes. Les caractérisations diélectriques seront effectuées de l’ambiante à 500°C et du continu jusque 10 GHz. Les caractérisations ferroélectriques seront également effectuées et les densités d’énergie électrique stockée calculées. Les paramètres de synthèse seront optimisés à la recherche de très faibles pertes diélectriques, particulièrement
en hautes fréquences.

Avec ce travail de thèse, on peut imaginer qu’une nouvelle gamme de condensateurs « écologiques » à fort coefficient de qualité pourrait être commercialisée pour des applications hautes fréquences.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Ecole Doctorale Sciences de la Matière du Rayonnement et de l’Environnement (104)

Pr. Didier Fasquelle, didier.fasquelle@univ-littoral.fr, Téléphone : 03.21.46.57.68
Dr. Amina Tachafine (Co-encadrante), amina.tachafine@univ-littoral.fr, Téléphone : 03.21.46.57.85

Méta-surfaces fonctionnelles micro-ondes accordables par cristaux liquides pour conformation et balayage de faisceau

Méta-surfaces fonctionnelles micro-ondes accordables par cristaux liquides pour conformation et balayage de faisceau

Résumé du sujet :

Le projet de thèse a pour objectif la réalisation et la validation expérimentale de
méta-surfaces à gradient de phase accordables par cristaux liquides utilisables dans
les systèmes millimétriques de télécommunications sans fil de 5ème génération (5G).
Des propriétés nouvelles telles que la réflexion non spéculaire et la réfraction
négative seront recherchées pour la conformation et le balayage de faisceau
d’antennes réseaux. L’accordabilité sera obtenue par l’utilisation de cristaux liquides
dont la permittivité peut être modifiée par ré-orientation des molécules à l’aide
d’une tension de commande. La méta-surface sera « pixelisée » à partir des
techniques d’adressage des dispositifs de visualisation à base de cristaux liquides et
définie par des techniques de microstructuration empruntées à la micro-fluidique. La
conformation et le balayage de faisceau se fera par contrôle du champ électrique
au niveau des différents « pixels » composant la surface.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Ecole Doctorale Sciences de la Matière du Rayonnement et de l’Environnement (104)

Pr. Christian LEGRAND, christian.legrand@univ-littoral.fr, Téléphone : 03 21 46 57 79

Transport électronique dans des matériaux composites cristaux liquidesnanoparticules ferroélectriques – Application aux cellules solaires

Transport électronique dans des matériaux composites cristaux liquides nanoparticules ferroélectriques – Application aux cellules solaires

Résumé du sujet :

Le développement de sources d’énergie « vertes » est actuellement un enjeu majeur
pour remplacer les énergies fossiles et non respectueuses de l’environnement dans
un monde où la demande énergétique ne cesse de progresser. Une alternative
raisonnable réside dans la conversion de l’énergie solaire afin de produire de
l’énergie sous forme électrique via les cellules photovoltaiques. C’est dans ce cadre
que s’inscrit ce projet de thèse qui a pour objectif le développement de nouveaux
systèmes hybrides pouvant convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique. Il
s’agit de mettre à profit les propriétés d’auto-organisation et de photoconduction
des cristaux liquides aux performances des pérovskites afin d’élaborer des matériaux
potentiellement utilisables dans les cellules solaires. Pour ce faire, les pérovskites
seront dispersées sous forme de nanoparticules dans la matrice cristal liquide. Le
travail sera réalisé dans le cadre d’une collaboration entre les laboratoires UDSMM Calais-
ULCO et UCCS-Lens-Université d’Artois.

PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Ecole Doctorale Sciences de la Matière du Rayonnement et de l’Environnement (104)

Pr. Christian LEGRAND, christian.legrand@univ-littoral.fr, Téléphone : 03 21 46 57 79