Matériaux et nanomatériaux fonctionnels

Référent : Yannick Mugnier

Ce thème est centré sur la préparation et les caractérisations structurales, thermodynamiques et multifonctionnelles de (nano)-matériaux à haute valeur ajoutée.

Il vise à établir ou revisiter, en particulier pour les matériaux massifs de type alliages et oxydes métalliques, les diagrammes d’équilibres entre phases de systèmes binaires et d’ordres supérieurs, et d’alimenter les bases de données diagrammatiques (température de liquidus, équilibres invariants, transformations structurales, …) et intégrales (capacité calorifique, enthalpie de formation, …) pour la modélisation thermodynamique des systèmes. L’objectif est d’utiliser ces connaissances pour élaborer des matériaux innovants et de contribuer à la maîtrise et à l’optimisation des procédés industriels, par exemple, dans les domaines de la sûreté nucléaire (alliages base Zr) et celui de l’électroérosion (maîtrise des phases déposées en surface).

(a) Image MEB d’un alliage In-Zr de composition 66.7 at%Zr élaboré par métallurgie des poudres et recuit à 1000°C. (b) Mise en évidence d’une décomposition eutectoïde dans un alliage InZr de composition 81.5 at%Zr. (c) Exemple d’affinement quantitatif de type Rietveld d’un composé multiphasique. 

À l’échelle nanométrique, les recherches se concentrent sur l’établissement des mécanismes réactionnels et de cristallisation de matériaux de structure cristalline non-centrosymétrique (LiNbO3, BiFeO3, LiTaO3 et phases de type Sillénite) afin de contrôler leur morphologie finale. Ces nanoparticules dites harmoniques possèdent en effet des propriétés optiques non linéaires extrêmement riches (en termes de photostabilité, flexibilité en longueur d’onde, profondeur d’imagerie et temps de réponse) qui sont quantifiées et mises à profit dans le domaine biomédical. Cela concerne le diagnostic précoce après fonctionnalisation de leur surface pour un marquage spécifique de cellules cancéreuses ou le relargage à la demande et ciblé de molécules anticancéreuses.

(a) Image multiphotonique de cellules cancéreuses du poumon marquées de manière spécifique par des nanocristaux de LiNbO3 dont le signal de second harmonique apparait en bleu et (b) imagerie TEM correspondante des nanocristaux. (c) Dispositif de spectroscopie des signaux optiques non-linéaires illustrant ici une diffusion de second harmonique à partir d’une suspension colloïdale de nanocristaux pour une excitation dans l’infrarouge.