Micro et nanothermique

Contexte

Les nanotechnologies permettent aujourd’hui d’élaborer communément des matériaux et des systèmes micro et nanostructurés. Un des défis à relever concerne la maîtrise et l’amélioration de leurs performances thermiques. Les lois physiques et les approches métrologiques usuelles en thermique n’étant plus valables aux micro et nanoéchelles, des recherches spécifiques doivent être menées.

Objectifs

  • Comprendre, caractériser et simuler les transferts thermiques dans les matériaux et systèmes micro et nanostructurés

  • Etudier les transferts thermiques par conduction et rayonnement aux micro et nanoéchelles

  • Développer les métrologies thermiques aux micro et nanoéchelles, notamment la microscopie thermique à sonde locale (SThM) et les méthodes électrothermiques à sondes déposées

  • Mesurer les températures et les propriétés thermiques et thermoélectriques à l’échelle submicronique

  • Comprendre comment les transferts thermiques à ces échelles impactent les applications de conversion thermophotovoltaïque et thermoélectrique

Compétences scientifiques

  • Développement d’outils de simulation pour décrire les transferts thermiques par conduction dans les systèmes et matériaux micro et nano structurés (modèles diffusif–balistique et résolution de l’équation de Boltzmann, approches par « ingénierie de phonons », dynamique moléculaire et ab initio)

  • Développement et/ou mise en œuvre de modèles électromagnétiques pour décrire les transferts radiatifs aux micro et nanoéchelles

  • Analyse physique détaillée du comportement thermique de cellules photovoltaïques et nano-thermophotovoltaïques

  • Mise en œuvre de l’analogie micro-ondes (translation d’échelles de dimension et de longueur d’onde) pour aider à mieux comprendre l’interaction des ondes électromagnétiques avec des micro et nanostructures, et le rayonnement électromagnétique en champ proche

  • Mise en œuvre de la microscopie thermique à sonde locale (SThM) pour la mesure de température et de conductivité thermique : application aux matériaux massifs, aux couches minces et aux matériaux micro et nanostructurés ; développement de nouveaux modes de microscopie en champ proche pour les études thermiques ; modélisation et analyses des échanges de chaleur entre la pointe sonde et l’échantillon pour améliorer les performances de la technique (sensibilité, résolutions, incertitude) ;

  • Caractérisations électrothermique et thermoélectrique de matériaux micro et nanostructurés par méthodes à sondes déposées ("méthode 3omega" et autres), des températures cyogéniques à 500°C.

 

  

Quelques collaborations internationales

Université de l'Utah, Salt Lake City (USA) ; Université du Tohoku, Sendai (Japon) ; University of New South Wales, Sydney (Australie) ; VTT Technological Centre of Finland, agglomération de Helsinki (Finlande) ; Institut Tchèque de Métrologie CMI, Brno (République tchèque) ; Institut Catalan des Nanosciences et Nanotechnologies ICN2, agglomération de Barcelone (Espagne) ; Institut de l'Energie Solaire IES, Madrid (Espagne) ; Université de Chemnitz (Allemagne) ; Université de Lancaster (Royaume-Uni) ; Université de Glasgow (Royaume-Uni) ; etc.

Quelques collaborations nationales

Groupement de recherche Thermique des nanosystèmes et nanomatériaux.

Laboratoire National d'Essais (région parisienne), Institut Néel (Grenoble), IEMN (Lille), ESIEE (région parisienne), Institut d'Electronique et des Systèmes (Montpellier), Institut Fresnel (Marseille), ...

Local à Lyon : Institut Lumière-Matière, Institut des Nanotechnologies de Lyon, Laboratoire de Mécanique des Contact et des structures, Laboratoire MATEIS, ...

Partenariats industriels récents

Grandes entreprises : ST Microelectronics, Thales RT.

Petites et moyennes entreprises : CSI, PicoSun, NanoTest, Kelvin NanoTechnology, Conpart AS.