PROPOSIT (Allocation de PROPOSITION DE THÈSE - Femto-ST

PROPOSITION DE THÈSE
(Allocation de recherche ministérielle, présidentielle)
Candidatures à envoyer avant fin mai 2013, prise de fonction à partir d'octobre 2013
SUJET : Étude de la fléxoélectricité de nanosystèmes par le développement
développement d’algorithmes mêlant
approche atomistique et éléments finis
ENCADRANTS
Directeur de thèse :
Michel DEVEL (michel.devel@femto
[email protected]), Co-directeurs : L. Hirsinger et N. Daher
Institut FEMTO-ST (UMR CNRS 6174),, Département Micro Nano Sciences et Systèmes, Besançon, France
Contexte
Les études sur l’utilisation de la flexoélectricité (relation de proportionnalité entre un gradient de déformation mécanique
relative et la polarisation électrique d’un matériau) pour la transduction électromécanique et la récupération d’énergie à
l’échelle submicrométrique ne sont encore que très préliminaires.
préliminaires. Beaucoup reste encore à faire dans ce domaine. Même
si la flexoélectricité offre la possibilité d’utiliser une gamme de matériaux beaucoup plus vaste que celle des matériaux
piézoélectriques, le challenge est d’obtenir des effets suffisamment forts pour
pour pouvoir se prêter à des applications.
Afin d’évaluer les performances de nano- ou micro- dispositifs utilisant la flexoélectricité,, nous proposons de coupler des
méthodes atomistiques préalablement utilisées pour la simulation du fonctionnement de nanosystèmes
électromécaniques et de capteurs de gaz à base de nanotubes de carbone, avec des méthodes de type éléments finis
ainsi que des approches de type milieux continus.
continus Ceci nous permettra d’étudier
étudier la flexoélectricité dans des systèmes où
les effets de surface ne seront pas forcément négligeables par rapport aux effets de volume. L’équipe constituée pour
l’encadrement de cette thèse permet de réunir des compétences avérées dans ces différents domaines.
Programme de travail
Le but de cette thèse sera donc d’étudier
étudier la faisabilité de nanosystèmes récupérateurs d’énergie en exploitant la
flexoélectricité de couches minces nanostructurées par croissance PVD sous incidence rasante (GLAD) de colonnes
inclinées ou d’hélices ou bien encore de feuillets de graphène.
graphène
Le travail de thèse consistera initialement à généraliser pour un système tridimensionnel et à implémenter le formalisme
déjà développé au laboratoire, en collaboration avec Harold Park (U. de Boston, USA) et Zhao Wang
Wa (U. de Xi’An, Chine)
[H. S. Park et al., Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 200, 2447–2457 (2011)]. Dans un deuxième temps, il s’agira
d’étendre le formalisme précédent, fondé sur des couplages entre multipôles électrostatiques induits, pour inclure l’effet
de multipôles permanents, ce qui devrait a priori permettre de traiter la piézoélectricité,
piézoélectricité puis la flexoélectricité de
nanosystèmes. Il est alors prévu d’utiliser les résultats de simulation pour prédire les valeurs numériques de paramètres
para
de milieux effectifs continus se prêtant mieux à des études analytiques. Enfin, l’étude thermodynamique de dispositifs à
base de couches minces nanostructurées ou de graphène permettra d’évaluer leurs performances pour la récupération
ou la conversion d’énergie.
Profil recherché
lement titulaire d’un master 2 recherche dans le domaine de la modélisation
La personne recrutée sera préférentiellement
(Physique, Mécanique ou mathématiques appliquées) avec un gout pour la théorie et des compétences avérées en
programmation. Un bon niveau de connaissances en mécanique des milieux continus et/ou en propriétés
électromagnétiques des matériaux serait également apprécié.
apprécié