Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)
Chef de laboratoire : Peter Reiss

Le STEP est une équipe interdisciplinaire composée de chimistes, physico-chimistes, électrochimistes et physiciens dont l’objectif est de maîtriser des architectures et fonctionnalités complexes, d’inventer de nouveaux matériaux performants, de décrire et de comprendre les phénomènes physiques à toutes les échelles pertinentes.

Nous nous appuyons sur un socle de synthèse chimique de molécules et macromolécules (oligomères et polymères pi-conjugués ou ioniques, colorants) ainsi que de nanomatériaux (nanocristaux et nanofils semi-conducteurs). La structure et les propriétés des matériaux organiques, inorganiques et hybrides résultants de ces briques de bases et étudiés au STEP sont déterminées par des processus d’auto-assemblage et/ou de hiérarchisation multi-échelles. Ces matériaux servent de couche active ou de contact/électrode dans des dispositifs (opto-) électronique, d’électrolyte pour la conversion et le stockage d’énergie, d’électrode de batteries avancées et de capteurs.  

Nous développons une méthodologie multi-techniques (expériences, modélisations et simulations) et des mesures multi-échelles (spatiale et temporelle) pour établir la corrélation structure-propriétés dans les matériaux réels ou modèles. En effet, générer, contrôler et piloter une fonctionnalité (performance, durée de vie, mise en œuvre) nécessite de comprendre le lien entre une architecture chimique donnée, l’organisation structurale du matériau (auto-assemblage, nanostructuration, morphologie), et les propriétés macroscopiques d’intérêt (conductivité électronique ou ionique, tenue thermomécanique, propriétés optiques ou électrochimiques).

Enfin nous assurons le développement et le test en conditions réelles de dispositifs, de leur conception à l’évaluation des performances et de la durabilité. Les principaux domaines d’application visés sont les nouvelles technologies de l’énergie (photovoltaïque, conversion et stockage électrochimiques, thermoélectricité), l’électronique organique et les technologies pour la santé et l’environnement.

 

Maj : 16/02/2017 (1235)

Sous thèmes
Techniques
Faits marquants
25 avril 2018
Three-dimensional mesoporous inverse opal TiO2 nanostructures were synthesized and efficiently transferred into the photoelectrodes of dye sensitized solar cells.
15 novembre 2017
Contact : David Aradilla
Three different services, SyMMES, MEM and PhELIQS from INAC institute, have been working together during the last year and a half within the framework of a collaborative intern project dealing with nitrogen doped-vertically oriented graphene nanosheets (N-VOGNs) for supercapacitor applications.
11 septembre 2017
Contact : David Aradilla
Rodrigo Newell has received an award by the Société Chimique de France (SCF - Subdivision Electrochimie) within the framework of his master project conducted at INAC/SyMMES/STEP under the supervision of Dr. Aradilla.
10 janvier 2017
Contact : Stefano Mossa
Veerapandian Ponnuchamy, Ioannis Skarmoutsos, Stefano Mossa - INAC/SYMMES Valentina Vetere - LITEN/DEHT The electrolyte is a crucial component of a Lithium-ion battery. On one side, it affects the rate of the energy release, by controlling the mass transport properties within the cell.
05 septembre 2016
Contact : David ARADILLA
Within the framework of the NEST (Nanowires for Energy STorage) european project (2012 -2016, no.
18 avril 2016
Contact : Stefano Mossa
Confinement at the nano-scale and interaction with interfaces profoundly alter structure and dynamics of water. Grasping the true nature of these modifications at the molecular level is crucial, in contexts as diverse as biology or materials science.
23 mars 2016
Une idée originale d’un enseignant de physique-chimie de la cité scolaire internationale de Grenoble a conduit des lycéens à vivre par eux-mêmes un processus de recherche scientifique.
23 novembre 2015
Contact : Stefano Mossa
Control of heat transport at the nanoscale is crucial for many technologies, including thermoelectricity.
27 mars 2015
Contact : Dmitry Aldakov
Jinhyung Park, en post-doctorat au SPrAM/LEMOH dans le cadre de l'ANR QuePhelec, est le lauréat du concours mensuel NanoART en février 2015.
15 janvier 2015
Contact : Dorian Gaboriau
Le lauréat 2014 du concours annuel NanoArt est Dorian Gaboriau, en thèse au SPrAM/LEMOH et SP2M/SiNaPS dans le cadre d'un co-financement CEA-DGA. Il a été d'abord primé  en octobre 2014.
15 décembre 2014
Contact : Peter Reiss
Louis Vaure, en thèse au SPrAM/LEMOH dans le cadre d'un co-financement CEA-DGA, est le lauréat du concours mensuel NanoART en décembre 2014.
01 décembre 2014
Des expériences au synchrotron ont permis de cartographier avec une résolution exceptionnelle la nanostructure d’une membrane ayant fonctionné 2500 heures en pile à combustible.
15 novembre 2014
Contact : Dorian Gaboriau
Dorian Gaboriau, en thèse au SPrAM/LEMOH et SP2M/SiNaPS dans le cadre d'un co-financement CEA-DGA, est le lauréat du concours mensuel NanoART en octobre 2014.
10 juin 2014
Contact : Damien JOLY
Damien JOLY, post-doctorant au SPrAM/LEMOH, a reçu le prix du meilleur poster dans la catégorie « DSSC » au congrès HOPV-14 qui a réuni plus de 660 participants à Lausanne en Suisse en Mai dernier.
18 septembre 2013
Contact : Stefano Mossa
Performances of the membrane-electrode assembly in polymer electrolyte fuel cells strongly depend on the features of the catalyst layer.
23 mai 2013
Contact : Saïd Sadki
Une forêt dense de nano-arbres, tel est le secret de la surface d’électrodes « idéales » pour des supercondensateurs en silicium.
10 octobre 2012
Contact : Peter Reiss
Aurélie Lefrançois, doctorante au laboratoire d’électronique moléculaire, organique et hybride du SPrAM, fait partie des 25 lauréates de la session 2012 des bourses L’Oréal-Unesco pour les femmes et la science.
28 avril 2012
Contact : Gérard Gebel
Comprendre et juguler le vieillissement de la membrane Nafion® conductrice de protons est l’un des points clés pour le développement des piles à combustible.
15 juin 2010
Daniel Communal
En collaboration avec le SPrAM, le SBT a mis au point un capteur de température à base de fibre optique et de nanocristaux fluorescents.
15 mai 2010
Contact : Peter Reiss
Le laboratoire LEMOH du SPrAM avait mis au point une méthode en une seule étape pour la synthèse de nanocristaux cœur-coquille semi-conducteurs à haut rendement de fluorescence.
20 décembre 2009
Contact : Benjamin Grévin
Il est admis aujourd’hui que la conversion photovoltaïque « marche » dans les composés organiques grâce à la nanostructuration de la couche active.
20 avril 2009
Contact : Daniel Imbert
Des chercheurs du SCIB/RICC en collaboration avec le LITEN ont réalisé l’insertion de complexes de lanthanides dans des billes de silice allant de 10 à 70 nanomètres de diamètre.
16 janvier 2009
L’association de nanocristaux et de polymères conjugués est attirante pour le photovoltaïque parce qu’ils absorbent la lumière solaire de façon complémentaire.
16 décembre 2008
Gérard Gebel
La gestion de l’eau dans une pile à combustible est un élément crucial qui conditionne ses performances.
16 octobre 2008
Contact : Peter Reiss
Une équipe du LEMOH a mis au point un procédé original de synthèse de nanocristaux cœur-coquille en une seule étape.
 
Publications HAL

Dernières publications STEP


Toutes les publications STEP dans HAL-CEA

Thèses
7 sujets /SYMMES/STEP

Dernière mise à jour : 25-06-2019


 

Synthèse en flux continu de nanocristaux semi-conducteurs

SL-DRF-19-0807

Domaine de recherche : Chimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Dmitry ALDAKOV

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Dmitry ALDAKOV

CNRS - CEA/INAC/SyMMES UMR-5819

0438784660

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Page perso : http://inac.cea.fr/Phocea/Pisp/index.php?nom=peter.reiss

Labo : http://inac-i.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1235

Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux (QD)s présentent des propriétés photophysiques uniques telles qu'une émission étroite et accordable avec leur taille, une absorption à large bande et des rendements quantiques de fluorescence élevés. Par conséquent, les QDs sont déjà utilisés dans diverses applications telles que l'imagerie/détection biologique ou comme convertisseurs de couleur dans le rétroéclairage blanc des écrans LCD utilisés dans les téléviseurs haut de gamme. Les QDs à base de phosphure d'indium (InP) étant conformes aux réglementations de l'UE (RoHS, REACH), ils ont été identifiés comme un des principaux candidats pour les LED de conversion de couleur. Le contrôle de la taille est d'une importance primordiale car la longueur d'onde d'émission et les propriétés électroniques sont directement liées au diamètre des QDs. Dans ce projet, nous voulons développer une nouvelle méthode de synthèse en flux continu pour les QDs de haute qualité à base de phosphure d'indium, à dispersion de taille réduite et à stabilité et efficacité d’émission accrues. La synthèse en flux continu présente de nombreux avantages par rapport à la synthèse conventionnelle de type batch en raison d'un bien meilleur transfert de masse et de chaleur dans les réacteurs tubulaires et d'une meilleure reproductibilité. D'autre part, une nouvelle chimie des précurseurs doit être mise au point afin d'être compatible avec les exigences du procédé en flux continu. Le projet sera réalisé en collaboration avec un partenaire académique développant de nouveaux types de précurseurs et un partenaire industriel pour l'intégration de dispositifs.



La caractérisation des propriétés optiques et structurales fait également partie du projet en utilisant principalement la spectroscopie d’absorption UV-vis et de photoluminescence (in situ et ex situ), la diffraction des rayons X et la microscopie électronique.



Les candidats pour ce sujet doivent avoir un background solide en chimie des matériaux, en chimie inorganique, en chimie physique et en génie chimique. Une première expérience avec les nanocristaux colloïdaux et leur caractérisation est la bienvenue.

Microsupercondensateurs tout solide, flexible et ultra-stables à base de Nanostructures de Silicium modifiés

SL-DRF-19-0578

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Pascal GENTILE

Saïd SADKI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-11-2019

Contact :

Pascal GENTILE

CEA - DSM/INAC/SP2M/SINAPS

0438786882

Directeur de thèse :

Saïd SADKI

Université Grenoble Alpes - UMR SyMMES 5819 (CEA-CNRS-UGA) CEA de Grenoble

04 38 78 44 50

L’essor des réseaux sans fils, de dispositifs électroniques portables génèrent dans les sociétés développées une besoin accru de microdispositifs électrochimiques d’énergie de plus en plus performants. Ces dernières années, les microsupercondensateurs ont connus un développement considérable. Capable de délivrer des grands pics d’énergie en des temps très brefs, pendant une longue durée de vie, ils font le lien entre les condensateurs diélectriques et les batteries. Déjà largement utilisés dans les ouvertures d’urgence des avions, les défibrillateurs,…, leur développement pour des systèmes flexibles et tout-solide permettra une intégration sur des textiles. La combinaison de nanostructures de silicium modifiées permet d’utiliser des électrolytes aqueux avec une forte cyclabilité. Les nanostructures seront réalisées par la méthode VLS dans un réacteur CVD. Les nanostructures seront ensuite modifiées par un dépôt conforme d’un diélectrique mince, on pourra aussi ajouter des polymères conducteurs électroniques intrinsèques/redox ou des oxydes de métaux de transitions dans le but d’augmenter très fortement les performances des dispositifs de stockage.

“Smart membranes” pour batteries Lithium-Métal-Polymère

SL-DRF-19-0853

Domaine de recherche : Chimie physique et électrochimie
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Quentin BERROD

Jean-Marc ZANOTTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Quentin BERROD

CNRS - DRF/INAC/SyMMES/STEP

(+33)(0)438786425

Directeur de thèse :

Jean-Marc ZANOTTI

CEA - DRF/IRAMIS/LLB/GBSD

+33(0)476207582

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/quentin.berrod/index.php

Labo : http://inac.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=1147

Voir aussi : http://iramis.cea.fr/Pisp/jean-marc.zanotti/

Le sujet propose une voie originale pour permettre l’utilisation des batteries « lithium métal polymère » à

température ambiante. Cet objectif sera atteint par la mise en conjonction de trois effets : i) le confinement

nanométrique de l’électrolyte au sein de membranes à base de tapis de NanoTubes de Carbone (NTC)

alignés verticalement, ii) l’utilisation de POE de faible masse molaire et iii) la conduction ionique

unidimensionnelle.

Le sujet passe par la synthèse d’une SMART membrane : le greffage de chaînes de POE de longueur

nanométrique sur l’une des parois du tapis de NTC. Cet aspect est essentiel pour s’affranchir du caractère

conducteur électronique des NTC. Par ailleurs, la conformation des chaînes greffées à l’entrée des NTC

(chaînes étendues ou en pelote) dépendra fortement de l’environnement physico-chimique (pH, solvant,

température …). Ces smart membranes, présentent donc aussi un intérêt en tant que "nano-valves"

stimulables ou membranes de filtration.

Production d'électricité à partir de gradients de salinité

SL-DRF-19-0528

Domaine de recherche : Matière molle et fluides complexes
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Stefano MOSSA

Date souhaitée pour le début de la thèse :

Contact :

Stefano MOSSA

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

04 38 78 35 77

Directeur de thèse :

Stefano MOSSA

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

04 38 78 35 77

Page perso : https://stefano-mossa.weebly.com/

Des nouveaux concepts de production d'énergie font l'objet d'une formidable activité scientifique. En particulier, des schémas très récents de production d'énergie électrique exploitent des dispositifs électrochimiques en présence de gradients de nature différente. Dans ce projet, nous avons l'intention de clarifier quelques aspects de la physique derrière ces applications utilisant des gradients de salinité en utilisant la simulation de dynamique moléculaire.

(Photo)anodes sans métaux nobles pour l'oxydation (photo)catalytique de l'eau

SL-DRF-19-0817

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Ce projet vise à élaborer des (photo)électrodes stables et efficaces pour l’oxydation et la réduction catalytique de l’eau, uniquement à base d’éléments abondants. Notre approche originale sera basée sur l'élaboration de matériaux nanocomposites constitués d'un film de polymère contenant des nanoparticules de métaux déposés sur une électrode conductrice au sein desquels pourra être incorporé un colorant organique. Ce type de design ouvrira la voie au développement de nouvelles (photo)électrodes hybrides très performantes en termes de stabilité et d’efficacité pour la dissociation de l'eau en oxygène et hydrogène.

Nanocristaux pérovskites coeur-coquille pour les applications en photovoltaïque

SL-DRF-19-0446

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Dmitry ALDAKOV

Peter REISS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Dmitry ALDAKOV

CNRS - CEA/INAC/SyMMES UMR-5819

0438784660

Directeur de thèse :

Peter REISS

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

0438789719

Page perso : http://inac.cea.fr/Pisp/dmitry.aldakov/

Labo : http://inac.cea.fr/spram/NanoX/index.htm

Les matériaux à base de pérovskites halogénées ont récemment fait sensation dans le domaine de la photovoltaïque et autre application optoélectronique à cause des efficacités très élevées obtenues. Des nanocristaux (NCx) colloïdaux de pérovskites ont très récemment attiré beaucoup d’attention grâce à leurs propriétés optiques uniques, rendement quantique très élevé et la facilité de synthèse. L’utilisation de NCx de pérovskites pour des applications solaires est freinée aujourd’hui par leur toxicité (ils contiennent du Pb) et la manque de stabilité. Dans le cadre de la thèse nous proposons pour la première fois d’adresser ces deux problèmes en synthétisant des NCx de type cœur-coquille avec le cœur en pérovskites inorganiques 3D (à base de Pb et/ou Bi) avec une coquille de pérovskite de faible dimensionnalité cristalline (Cs3Bi2X9 ou similaire 0D, 1D, 2D). La coquille protégera le cœur photoactif et diminuera (ou éliminera) la toxicité. Ces systèmes seront étudiées et caractérisées par des techniques de pointe du CEA et via des collaborations étrangères. Des cellules solaires de type « couche mince » ou « sensibilisée » seront préparées et testées.

Polymères à base de PEDOT auto-dopés pour applications en thermoélectricité

SL-DRF-19-0520

Domaine de recherche : Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux
Laboratoire d'accueil :

SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SyMMES)

Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)

Grenoble

Contact :

Jérôme FAURE-VINCENT

Alexandre CARELLA

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

Contact :

Jérôme FAURE-VINCENT

CEA - DRF/INAC/SyMMES/STEP

Directeur de thèse :

Alexandre CARELLA

CEA - DRT/DTNM//LSIN

0438781042

Labo : http://inac.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_service.php?id_unit=1147

Résumé :

Les matériaux organiques sont des matériaux d’avenir pour la conversion de chaleur en électricité dans des gammes de température modérées (typ. < 200°C). Par rapport aux matériaux inorganiques généralement utilisés (ex. Bi2Te3), les matériaux organiques présentent les nombreux avantages d’être légers, flexibles, abondants, à bas coût, facilement utilisables sur de larges surfaces et avec des propriétés électroniques ajustables grâce à la chimie. Le développement des matériaux organiques pour la thermoélectricité a réellement débuté au début des années 2010. Il est rapidement apparu que le contrôle du dopage est crucial pour obtenir un facteur de puissance thermoélectrique le plus élevé possible [1].



A partir de l’expertise du LITEN sur le polymère poly-(3,4-éthylène dioxythiophène) (poly-EDOT ou PEDOT) utilisé dans des applications en thermoélectricité [2 ; 3], nous proposons une approche originale permettant de maitriser le taux de dopage intrinsèque des PEDOT à partir de l’alternance de monomères ‘EDOT’, notés ‘M’, et de monomères ‘EDOT fonctionnalisé’, notés ‘F’. Le contrôle du taux de dopage sera effectué grâce à la polymérisation de synthons (briques de base) différents : [F]n (taux de dopage 1:1), [M-F-M]n (taux de dopage 1:3) et [M-M-F-M-M]n (taux de dopage 1:5).



Les propriétés de transport dans ces matériaux nouveaux seront étudiées au laboratoire STEP de l’INAC qui possède une grande expertise dans ce domaine (conductivité et mécanismes de transport électronique). L’influence, notamment, du taux de dopage sur les propriétés thermoélectriques en température (80K-500K) sera mesurée à l’aide de l’équipement Thin Film Analyser de la société LINSEIS récemment acquis par le laboratoire.



Références :

[1] N. Massonnet et al., Journal of Materials Chemistry C, 2014 2 (7), pp. 1278-1283

[2] N. Massonnet et al., Chemical Science, 2015 6 (1), pp. 412-417

[3] M. Gueye et al., Chem. Mater., 2016, 28 (10), pp 3462–3468

• Chimie

• Chimie physique et électrochimie

• Matière molle et fluides complexes

• Matière ultra-divisée, physico-chimie des matériaux

Stages
Images
Pas besoin d’antigel pour les piles à combustible
 Prix - Rodrigo Newell Electrochimie
Dégradation de membranes conductrices ionique pour l\'application pile à combustible
La relaxométrie RMN à champ cyclé - étude de membrane pour pile à combustible
La relaxométrie RMN à champ cyclé - étude de membrane pour pile à combustible
Spectroscopie STM 2D à l’échelle de la chaîne de polymère unique
Spectroscopie STM 2D à l’échelle de la chaîne de polymère unique
Structure des membranes ionomères
Structure des membranes ionomères
Microscopie à champ proche
De l’AFM sous éclairement pour y voir plus clair dans le photovoltaïque organique
Matériaux hybrides pour le photovoltaïque
Nanotags optiques
Capteurs de température : en route vers la nanocryogénie ?
Auto-assemblage et structuration des systèmes organiques
Polymères pi-Conjugués pour la Conversion Photovoltaïque
Polymères pi-Conjugués pour la Conversion Photovoltaïque
Aurélie Lefrançois, lauréate de la bourse L\'Oréal-Unesco pour les femmes et la science
De la broussaille dans les supercondensateurs
Inhomogeneous Transport in Model Hydrated Polymer Electrolyte Supported Ultra-Thin Films
FOREVER YOUNG NAFION®
New 3D symmetric micro-supercapacitors
Au cœoeur des nanocristaux
Prix du meilleur poster dans la catégorie « DSSC » au congrès HOPV-14
Vieillissement des membranes pour pile : diagnostic 3D et cartographie des dégâts
Dorian GABORIAU lauréat NanoART octobre 2014
Louis VAURE lauréat NanoART décembre 2014
Dorian GABORIAU lauréat NanoART année 2014
Jinhyung PARK lauréat NanoART février 2015
New alga-like graphene morphology for the design of high performance supercapacitor devices
Heat transport in glasses and superlattices
Des lycéens dans le monde de la recherche scientifique
Heterogeneous dynamics of water in soft confinement
Nouveaux colorants organiques et matériaux d\'électrodes pour la réalisation de cellules solaires à colorants
The Anion Effect on Li+ Ion Coordination Structure in Ethylene Carbonate Solutions
Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP)
Matériaux hybrides nanostructurés pour l’électronique organique
Plasma nitrogen-doped vertically oriented graphene nanosheets: An energy storage breakthrough for high performance supercapacitor applications
Dye-Sensitized Solar cells with efficiency over 10.3% based on inverse opal nanostructures in the photoelectrode sensitized with an organic dye
 

 

Retour en haut