Surfaces et interfaces

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Institut des Sciences Analytiques et Physico-Chimique pour l'Environnement et les Matériaux

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Surfaces et interfacesThème 3

Animateur: Rémi Dedryvère (remi.dedryvere @ univ-pau.fr) 

Ce thème correspond à une spécificité reconnue de l'IPREM qui consiste en la mise en oeuvre et l'étude des propriétés physico-chimiques de surfaces et d’interfaces de matériaux. Le projet de recherche vise deux grands défis sociétaux : santé/cosmétique et stockage/conversion de l’énergie. Le premier axe de recherche concernera les matériaux nanostructurés ou hiérarchiquement structurés, à propriétés contrôlées. Une première orientation consistera à concevoir, créer et caractériser des briques élémentaires fonctionnelles coeur@coquille, mais aussi d'étudier leur capacité à s’auto-assembler pour générer des surfaces structurées. La synthèse de nano et microparticules multi-fonctionnelles vise des applications dans la délivrance ciblée/stimulée d’actifs et le traitement du cancer. L’autre domaine d’application est l’électronique organique où la fonctionnalisation de surface sera utilisée pour améliorer la génération, la dissociation et le transport électron/trou des excitons créés. Une deuxième orientation consistera à auto-assembler des synthons macromoléculaires ou colloïdaux stimulables par des processus dirigés de convection capillaire ou d’évaporation de solvant sur des substrats biologiques (peau, ongles, cheveux). Avec la même approche d’auto-assemblage, la conception d’interfaces stimuli-sensibles intelligentes sur la base de la relation modélisation théorique/simulations numériques/Architectures macromoléculaires sera abordée. A l’état solide des films poreux hiérarchiquement structurés de l’échelle nano à micronique, seront élaborés pour créer des surfaces pour des études fondamentales de mouillabilité et (bio)adhésion. Les applications de ces surfaces seront également orientées vers d’autres processus photo-activés comme par exemple la dégradation de polluants/cellules par photo-oxydation..

Défis :

  • Comprendre, moduler par greffage et optimiser les propriétés stimulables et adaptatives des interfaces
  • Elaborer de nouvelles architectures nanostructurées ou hiérarchiquement structurées
  • Orienter et localiser des processus complexes de synthèse ou de production/diffusion d’espèces actives
    électriques/photonique.

Le deuxième axe de recherche concernera le stockage électrochimique et la conversion photovoltaïque de l'énergie, où les caractéristiques chimiques et morphologiques des surfaces/interfaces sont en grande partie responsables des performances et de la durée de vie des systèmes. Dans le domaine des accumulateurs Li-ion, la compréhension des phénomènes d'interfaces électrode/électrolyte passe par une connaissance approfondie des caractéristiques physico-chimiques des surfaces des matériaux d’électrode. D’une part, l'étude de leur réactivité de surface, à partir d’approches couplées expérience (adsorption de
gaz sondes - caractérisations par XPS) – théorie, sera poursuivie et étendue à de nouveaux systèmes. D’autre part, l’émergence des accumulateurs Li-ion "tout solide » ou des matériaux dits "de conversion" pose le problème de l’étude des interfaces solide/solide. Ainsi, l’analyse expérimentale des interfaces « enfouies » corrélée à la modélisation des zones d’interaction solide/solide revêt une importance capitale pour la compréhension des mécanismes électrochimiques et constituera un objectif majeur. Enfin, l’ensemble de ces travaux sera étendu à de nouveaux accumulateurs tels que le sodiumion et le lithium-soufre. Concernant la conversion de l'énergie, avec la fonctionnalisation d’électrodes de cellules photovoltaïques organiques par des polymères conjugués, notre objectif est une meilleure compréhension de l’interface d’interpénétration entre la brosse de polymères et la couche active polymérique.

Défis :

  • Accéder à différents niveaux de profondeur d'analyse des surfaces et des interfaces
  • Etendre notre compréhension des mécanismes électrochimiques et de la réactivité des électrodes à de nouveaux systèmes (Na-ion, Li-soufre, et accumulateurs « tout solide »).
  • Optimiser les interfaces électrode/couche active dans les cellules photovoltaïques organiques