Description

Les matériaux 2D apparaissent comme une alternative prometteuse pour le développement de capteurs innovants et performants pour la détection de NH₃, grâce à leurs propriétés exceptionnelles, notamment une grande surface active et une conductivité élevée. Ces caractéristiques ouvrent la voie à des capteurs plus sensibles, sélectifs et économes en énergie (1). Bien que largement étudiés, les capteurs de NH₃ à base des nanomatériaux 2D présentent encore des limitations majeures, telles qu’une sensibilité restreinte, une sélectivité insuffisante et des temps de réponse prolongés. L’optimisation de ces dispositifs reste donc essentielle pour aboutir à des capteurs performants, capables de détecter des concentrations très faibles de NH₃ et fonctionnels à température ambiante (TA). Cette proposition vise à développer des capteurs chimiorésistifs à base d’hétérostructures 2D (MXène/graphène ou MXène/WS₂), présentant à la fois une sensibilité et une sélectivité élevées pour la détection du NH₃ à très faibles concentrations (1–10 ppb) et à température ambiante. Nous avons récemment rapporté la synthèse de matériaux 2D de haute qualité cristalline, via une approche simple, efficace et scalable, permettant le dépôt de nanomatériaux sur des substrats flexibles comme rigides (3, 8–9). Divers capteurs de gaz à base de ces matériaux 2D ont été développés pour la détection de NO₂, NH₃ et de composés organiques volatils (COV) (3, 4–5). Afin d’améliorer les performances de ces capteurs, notamment en termes de sensibilité, de temps de réponse et de remise à zéro, nous proposons d’étudier la combinaison des propriétés de deux matériaux 2D afin de concevoir un capteur de NH₃ à hautes performances.

Dans cette thèse, les objectifs sont les suivants :

1. Développer de nouveaux capteurs de NH₃ portables, miniaturisés et faciles à utiliser, basés sur des hétérostructures 2D ;

2. Intégrer les capteurs chémirésistifs de NH₃ fabriqués à un système électronique flexible et léger pour l’acquisition, le traitement et la transmission des données ;

3. Evaluer les performances des capteurs élaborés dans des conditions contrôlées en laboratoire ainsi que dans des conditions réelles d’utilisation.

Bibliographie
(1) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170568
(2) https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132983
(3) hal-04795392v1
(4) hal-04287582v1
(5) hal-04289343v1

Compétences requises

Profil du/de la candidat(e) : • Master en science des matériaux, chimie ou chimie physique. • Compétences en mesures électriques. • Une expérience en caractérisation microscopique et spectroscopique est souhaitée. • La/le candidat(e) doit être autonome, très motivé(e) et capable de travailler de manière indépendante pour atteindre les objectifs du projet. • Une excellente capacité de communication et de travail en équipe est requise.

Bibliographie

Bibliography

(1) https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170568
(2) https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132983
(3) hal-04795392v1
(4) hal-04287582v1
(5) hal-04289343v1

Mots clés

capteurs de gaz, matériaux 2D, qualité de l'air, NH3