Thèse - Corrélation des propriétés structurelles et optoélectroniques de couches ultra-minces de TiO2 en vue d’applications de photocatalyse (H/F) à Strasbourg

Saint-Gobain, leader mondial de l'habitat, conçoit, produit et distribue des matériaux de construction en apportant des solutions innovantes sur les marchés en croissance des pays émergents, de l'efficacité énergétique et de l'environnement.

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En tant que leader mondial de l’habitat et du marché de la construction, Saint-Gobain conçoit et produit des matériaux innovants qui se retrouvent dans notre vie quotidienne. Saint-Gobain développe notamment des vitrages fonctionnalisés, tels que les vitrages bas émissifs pour l’isolation thermique, les vitrages électrochrome et les vitrages autonettoyants, grâce à l’utilisation d’empilements de couches minces.

Ce projet de thèse vise à obtenir une meilleure compréhension du processus photocatalytique dans des couches ultra-minces (de l’ordre de quelques nanomètres) de TiO2 élaborées via le procédé de pulvérisation cathodique magnétron. Ce composé est un des plus performants pour la photocatalyse de dépôts sur les verres, les photons absorbés générant des porteurs à même de les transformer par réactions d’oxydo-réduction. Du point de vue expérimental, la thèse portera sur la fabrication et la caractérisation d’empilements comportant une dernière couche de TiO2 obtenue via différentes méthodes de dépôt et post-traitement. L’objectif principal est d’étudier l’impact de différents éléments tels la stœchiométrie, la composition (diffusion d’alcalins, dopage), les phases cristallines, la morphologie et la taille des grains ou encore la dynamique des porteurs de charge sur l’activité photocatalytique des couches ultra-minces. La littérature concernant la relation entre les propriétés structurelles du TiO2 et l’activité photocatalytique traite principalement de micro-/nanoparticules, matériaux massif ou couches micrométriques. L’effet du confinement dans des couches nanométriques, l’influence de l’empilement, la stabilité des différentes phases cristallines sont largement inexplorés. Si l’utilisation de particules permet d’avoir une surface active plus importante, la nécessité du contact avec l’environnement pose le problème de leur stabilité dans le système, pouvant engendrer des effets potentiels de toxicité. Les couches minces permettent de résoudre ce problème, tout en maintenant une activité photocatalytique de la couche suffisante.

En complément de l’hydrophilie, l’activité photocatalytique du TiO2 est essentielle aux propriétés d’auto-nettoyage et la dégradation des composés organiques grâce à la formation de radicaux hydroxyle. L’épaisseur, la phase, l’empilement et les propriétés de transport et d’alignement de bande ont un impact très fort sur la population de porteurs photogénérés via l’absorption des photons UV du soleil. Dans de telles couches minces, des propriétés spécifiques peuvent apparaitre à l’échelle nanométrique selon l’épaisseur, mais aussi dans le plan à cause de la nature polycristalline des couches déposées par pulvérisation.

Objectifs

  • Identifier une démarche analytique pertinente qui permet de caractériser les couches de TiO2 de façon complète aux échelles en question et de les corréler à l’activité photo-catalytique ;
  • Quantifier si possible les rendements quantiques de génération de porteurs via des mesures de photoluminescence ;
  • Sélectionner des systèmes/empilements prometteurs pour les applications visées.

Parmi les techniques envisagées pour étudier la dynamique des porteurs, l’étudiant utilisera notamment des techniques de spectroscopie optique basse température et de photoluminescence résolue en temps. Il pourra s’appuyer si besoin sur les autres plateformes de l’IPCMS (microscopie électronique, microscopie à effet tunnel …).

a)

b)

Figure 1 – a) Image de microscopie électronique en transmission d’une couche mince de TiO2 sur silice. b) Comparaison d’un verre classique et un verre auto-nettoyant Saint Gobain Glass avec la technologie Bioclean® à base de couches minces de TiO2.

 

La thèse se déroulera entre l’institut de physique et chimie de matériaux de Strasbourg (IPCMS), laboratoire du CNRS et de l’université de Strasbourg, et le site Saint-Gobain Recherche (SGR) de Paris, dans les départements Couches Minces et Surface du Verre et Interfaces. Si l’élaboration des échantillons se fera sur le site de SGR à Paris, la caractérisation des échantillons se fera à l’IPCMS, où l’étudiant sera basé.

REQUIRED QUALIFICATIONS

Master 2 recherche ou école d’ingénieur avec spécialisation physique ou chimie des matériaux. Des bonnes en physique/chimie des semi-conducteurs sont demandées. Des connaissances en caractérisation optique seraient un atout.

Who are we ?

Saint-Gobain conçoit, produit et distribue des matériaux et des solutions pensés pour le bien-être de chacun et l’avenir de tous. Ces matériaux se trouvent partout dans notre habitat et notre vie quotidienne : bâtiments, transports, infrastructures, ainsi que dans de nombreuses applications industrielles. Ils apportent confort, performance et sécurité tout en répondant aux défis de la construction durable, de la gestion efficace des ressources et du changement climatique.

Avec un chiffre d’affaires de 42,6 milliards d’euros en 2019, Saint-Gobain est présent dans 68 pays avec plus de 170 000 collaborateurs.

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Saint-Gobain Research Paris, est l’un des 8 grands centres de recherche de Saint-Gobain. Pour en savoir plus :

Date de publication

24-06-2020

Informations supplémentaires

Statut
Actif
Lieu
Strasbourg
Type de Contrat
Stage
Permis de conduire FR/EU exigé
Non
Voiture exigée
Non
Lettre de motivation exigée
Non

Strasbourg | Stage

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