MINAMAS
Contexte
L’équipe de recherche MINAMAS (MIcro-NAno-MAtériaux et Surfaces) a été créée en 2006 et est composée à ce jour d'une quinzaine de membres permanents (chercheurs, enseignants chercheurs...) réparties sur plusieurs sites géographiques (Besançon, Montbéliard et Sevenans). Elle comprend un nombre variable de doctorants, post-doctorants et stagiaires issus de différentes formations scientifiques.
L'équipe se caractérise par une approche pluridisciplinaire dans le domaine des films minces et s’appuie sur ses moyens expérimentaux (élaboration et caractérisation) ainsi que sur des outils de modélisation et de simulation numérique.
Objectifs et Thématiques scientifiques
Le groupe MINAMAS (MIcro-NAno-MAtériaux et Surfaces) a pour objectif de développer de nouvelles connaissances fondamentales et expérimentales sur l’élaboration et la détermination des propriétés physiques, mécanique et physicochimiques des matériaux sous forme de films minces et/ou nanomatériaux. Ces activités trouvent des applications dans les domaines des micro- et nano- systèmes ainsi que dans la réponse aux enjeux énergétiques et environnementaux (maîtrise des coefficients de frottement, usure et lubrification, détection de polluants, hydrogène et pile à combustible, photovoltaïque, électrochromique).
Les recherches menées par le groupe se concentrent autour des thématiques suivantes :
› Structuration de films minces métalliques, semi-conducteurs et céramiques aux échelles micro- et nanométriques.
Élaboration et étude des matériaux sous forme de films minces nanostructurés (multicouches, nanocomposites, nano-architecturés), avec des gammes de compositions et de propriétés physiques étendues et spécifiques (typiquement propriétés optiques, électrique et mécanique) afin de les relier aux caractéristiques structurales et microstructurales des films.
› Développement et caractérisation de micro-capteurs chimiques.
Les matériaux étudiés reposant principalement sur l’utilisation de films minces sous forme de nanofils, de nano-arbres ou poreux (SnO2, WO3, ZnO, …) permettent l’élaboration de microsystèmes pour la détection de différentes molécules en phase gazeuse. Cette thématique trouve de nombreuses applications dans les domaines de la qualité de l’air (intérieur/extérieur), le biomédical, l'industrie du gaz et du pétrole, ainsi que la préservation du patrimoine
› Matériaux pour l’énergie.
Sous forme de film minces, les domaines d’applications sont : l’électrochromie et le photovoltaïque (oxydes de diverses structures, notamment pérovskite), les piles à combustible ou les électrolyseurs à oxyde solide : conducteur ionique anionique ou protonique, conducteur mixte, ainsi que les couches « barrière de diffusion » ou de protection des plaques bipolaire.
Par mécanosynthèse d’intermétalliques et caractérisation de leurs propriétés de stockage d’hydrogène : compréhension des mécanismes d’absorption et de restitution de l’hydrogène par les métaux et alliages nanocristallins élaborés par mécanosynthèse, en comparaison avec leurs homologues conventionnels polycristallins.
› Matériaux pour la tribologie sous sollicitations extrêmes.
Étude des propriétés de matériaux tribologiques, en surface et en volume, face aux variations environnementales (ultravide à pression atmosphérique, large gamme de température). Les approches développées se focalisent sur l’élaboration de ces matériaux et la caractérisation tribologique, tribochimique et mécanique à travers les échelles (du composant mécanique à l’échelle nanométrique).
Les applications concernent le domaine spatial (environnements mécanique et chimiques multiples), la protection contre la corrosion (empilement métallique à base d’aluminium ou autre métal), la maîtrise du coefficient de frottement (de la super lubrification au frottement élevé) et de l’usure, augmentation de la dureté (nitrure et/ou carbure de métaux de transition, composé ternaire, …), le nucléaire (alliage à haute entropie).
Savoir-faire
› Maitrise des procédés d'élaboration et de structuration, en particulier par les techniques de dépôt physique en phase vapeur (PVD) conventionnelles (pulvérisation cathodique magnétron, arc cathodique et HIPIMS), et des techniques plus spécifiques telle que le dépôt en incidence oblique (OAD) ou la pulvérisation réactive par gaz pulsés (RGPP), ainsi que la mécanosynthèse.
› Génération d’atmosphères contrôlées de laboratoire pour la caractérisation de micro-capteurs chimiques, et les études tribologiques.
› Maîtrise des diverses cinématiques de contact (glissement, roulement, roulement/glissement, intégration de composant mécaniques complets, etc.).
› Analyses multiphysiques (mécanique et physico-chimique) des matériaux et surfaces aux petites échelles par analyses de surfaces et techniques à sonde locales (IR, XPS, AFM, nanoindentation, scratchtest), ainsi que par le développement de techniques dédiées.
› Modélisation, prévision et compréhension des procédés d'élaboration et des comportements multiphysiques des matériaux fonctionnels, par des méthodes allant des simulations ab-initio (DFT) à des modèles analytiques de type milieux continus, en passant par diverses méthodes numériques (Monte-Carlo) permettant de faire le lien entre le discret de l’échelle atomistique et les théories basées sur la physique des milieux continus.
› Maitrise des techniques de caractérisation des matériaux pour diverses applications. Les dispositifs expérimentaux de caractérisation sont accessibles en interne à MINAMAS et via les plateformes MIMENTO & SURFACE
