Nouveaux aérogels métalliques, polymériques et hybrides

par Maribel Touron

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Jean-Pierre Simonato.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec CEA Grenoble/LITEN/DTNM/LSIN (laboratoire) depuis le 05-11-2018 .


  • Résumé

    La recherche consiste à synthétiser par des procédés simples des aérogels à base de nanofils métalliques ou/et de polymères (éventuellement conducteurs). Ces aérogels pourront également être fonctionnalisés avant ou après dépôt, pour la formation de nanocomposites ultralégers à fonctions spécifiques. Typiquement les densités visées sont de l'ordre de seulement quelques mg/cm3 (ou g/L ! ) avec des surfaces spécifiques de plusieurs centaines de m2/g. Des cibles de conductivités électrique de plusieurs centaines de S/cm et thermique de moins de quelques mW/m.K sont définies. De plus ces aérogels devraient présenter une structure fortement élastique, d'intérêt pour des applications flexibles. Cette thèse sera l'opportunité d'étudier la synthèse d'une nouvelle génération de matériaux allégés électriquement conducteurs à nanofils d'argent. La compréhension des mécanismes de conduction (électrique et thermique) dans des systèmes percolant poreux 3D sera étudié afin de démontrer l'intérêt de ce type de matériaux pour la réalisation d'une preuve de concept dans un système de stockage d'énergie de type supercondensateur. Le contrôle de la surface spécifique, de la distribution de taille des pores et de leur orientation/interconnectivité par la maîtrise du procédé de synthèse, mais également de la stabilité mécanique et chimique sont des enjeux scientifiques et techniques clés pour le contrôle des propriétés des aérogels. Grâce aux compétences du LSIN en matière de synthèse de matériaux conducteurs et du laboratoire de Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels STEP (Direction de la Recherche Fondamentale / INAC), des mesures basses températures 3K-350K associées à des modélisations des modes de conduction électrique dans ces matériaux poreux percolant 3D vont permettre de mieux comprendre les mécanismes de conduction dans ces systèmes. De plus, la stabilité chimique et électrochimique des aérogels conducteurs fabriqués sera appréhendée afin de réaliser une preuve de concept en surpercondensateurs.

  • Titre traduit

    New metallic, polymeric and hybrid aerogels


  • Résumé

    The research consists in synthesizing by simple processes aerogels based on metal nanowires and/or (possibly conductive) polymers. These aerogels can also be functionalized before or after deposition, for the formation of ultra-light nanocomposites with specific functions. Typically the target densities are of the order of only a few mg/cm^3 (or g/L!) With specific surfaces of several hundred m²/g. Targets of electrical conductivities of several hundred S/cm and thermal of less than a few mW/m.K are defined. In addition these aerogels should have a highly elastic structure, of interest for flexible applications. This thesis will be the opportunity to study the synthesis of a new generation of electrically conductive lightweight materials with silver nanowires. The understanding of the conduction mechanisms (electrical and thermal) in 3D porous percolating systems will be studied in order to demonstrate the interest of this type of material for the realization of a proof of concept in a supercapacitor type energy storage system. The control of the specific surface, the pore size distribution and their orientation / interconnectivity by the control of the synthesis process, but also the mechanical and chemical stability are key scientific and technical issues for the control of the properties of aerogels. Thanks to LSIN's expertise in the synthesis of conductive materials and the Synthesis, Structure and Properties of Functional Materials Laboratory STEP (Direction of Fundamental Research / INAC), 3K-350K low temperature measurements associated with conduction mode modeling. These porous 3D porous materials will help to better understand the conduction mechanisms in these systems. In addition, the chemical and electrochemical stability of the manufactured conductive aerogels will be apprehended in order to provide a proof of concept in over-capacitors.