Sujet de thèse LGC : Mise au point d’un procédé de CVD oxydante (oCVD) pour le dépôt de couches minces de polymères conducteurs)
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Contexte scientifique
Les polymères conducteurs font partie des matériaux en plein développement ces dernières années, car il s’agit de matériaux organiques multi-fonctionnels combinant transparence optique, légèreté, conduction électrique, et pouvant être déposés sur des substrats souples comme du papier, des films plastiques ou des tissus. De ce fait, leurs applications potentielles concernent des secteurs en plein développement tels que les cellules photovoltaïques organiques, les biocapteurs, les revêtements anti-fouling notamment pour les membranes de filtration, les systèmes électroniques souples.
La plupart de ces applications nécessitent de recouvrir des substrats complexes comportant des tranchées ou des pores sub-microniques, par des couches parfois nanométriques de polymères conducteurs avec une excellente conformité. Contrairement aux procédés classiques de dépôt opérant à partir de liquides, le procédé d’oCVD (Dépôt Chimique à partir d’une phase Vapeur oxydante), permet d’atteindre cet objectif grâce à l’utilisation de précurseurs gazeux à basse pression.
De plus, la présence d’un oxydant permet d’opérer avec des températures inférieures à 100°C, ce qui autorise le traitement de substrats thermosensibles. Ce procédé évite aussi l’utilisation de tout solvant toxique ou agressif pour les substrats, ouvrant la voie au traitement de papiers, plastiques, textiles et membranes polymères.
Objectifs scientifiques du projet :
L’oCVD est un procédé récent qui a été étudié depuis 2009/2010 par l’équipe de K. Gleason au MIT (USA). Pour l’instant, il a été développé très empiriquement, afin de répondre à un cahier des charges applicatif précis. Or, cette technologie met en jeu des réactions chimiques de polymérisation, qui engendrent des difficultés à maîtriser certaines caractéristiques des couches (composition chimique, uniformité sur substrats, …), en particulier si l’on souhaite traiter des substrats complexes et/ou de plus grande taille.
La thèse consisterait à mettre au point un réacteur d’oCVD en combinant approches expérimentales et de modélisation du procédé (écoulements gazeux, transferts thermiques et de matière avec réactions chimiques), en vue de comprendre les phénomènes en jeu lors des dépôts (phénomènes de nucléation/croissance, rôle de l’oxydant, mécanismes réactionnels en phase homogène, …), pour optimiser leurs caractéristiques (épaisseur, conformité, composition chimique, …) et leurs propriétés (conductivité électrique, tenue mécanique, transparence optique,…). Cette approche combinant expériences et modélisation du procédé est totalement innovante par rapport à l’état de l’art.
De plus, le réacteur d’oCVD sera équipé d’une microbalance à quartz, permettant une mesure précise des vitesses de dépôt in situ en temps réel. Les informations obtenues permettront de mieux
Lieu :
La thèse se déroulera sur le Campus INP/ENSIACET à Toulouse, au Laboratoire de Génie Chimique (LGC) pour la réalisation des expériences de dépôt et la modélisation du réacteur et au CIRIMAT pour la caractérisation des couches déposées.
Financement :
Contrat doctoral (bourse MESR) de 3 ans – Ecole Doctorale MEGEP
Possibilités de vacations d’enseignement à l’ENSIACET
