NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

Le graphène, matériau bidimensionnel, possède des propriétés mécaniques et électroniques remarquables pouvant permettre de multiples applications : renforcement de matériau composites, dispositifs de stockage d'énergie électrique… La réduction de taille de ce matériau 2D, en éléments de taille nanométriques bien calibrées lui apporte de nouvelles propriétés originales qui méritent d'être plus largement étudiées.

Depuis fin 2018, l'Alliance NTU Singapour - CEA pour la recherche en économie circulaire (SCARCE), premier laboratoire commun du CEA localisé à l’étranger, focalise ses efforts sur le recyclage des déchets électroniques.

Inauguré en mars 2019, le laboratoire commun entre l'Université technologique Nanyang (NTU) de Singapour et le CEA affiche ses premières publications co-signées par des chercheurs de NTU, du CEA-Iramis (NIMBE/LICSEN), de l’ICSM et de la DES à Marcoule.

La contamination bactérienne des surfaces est une problématique majeure dans de nombreux domaines, comme le médical ou l’agroalimentaire. La physiologie particulière des bactéries en surface et le développement de souches multi-résistantes sont deux facteurs qui réduisent l'efficacité des agents antimicrobiens.

Les nanomédicaments sont considérés comme des thérapies prometteuses pour le traitement du cancer. Cependant, leur utilisation clinique reste encore limitée, dû en partie au fait que leur comportement biologique n'est pas encore vraiment élucidé.

De multiples recherches sont aujourd'hui orientées vers le développement de nouveaux colorants comme milieu actif de cellules solaires. Une famille de molécules, dites "push-pull", se révèle particulièrement intéressante car ces molécules associent un groupement donneur et un groupement accepteur d'électron.

En association avec le déploiement des sources d'énergies intermittentes (photovoltaïque, éolien...), il est indispensable de poursuivre les efforts de recherche pour améliorer les performances des batteries.

Le CEA, le CNRS et la PME Protec Industrie lancent leur laboratoire commun Mestrel pour mettre au point un procédé de préparation de surface avant peinture, destiné en particulier à l’aéronautique et aux transports, sans produits chimiques dangereux pour la santé.  

Des équipes du CEA Paris-Saclay, du CNRS du Mans, de l'Institut Fresnel et de l'Université Libanaise ont mis en œuvre une nouvelle technique de microscopie optique permettant d'observer les nanomatériaux bidimensionnels avec une résolution inégalée et de suivre en temps réel leur fonctionnalisation chimique.

La réalisation de dispositifs basés sur l’électronique de spin (spintronique) où une molécule magnétique est le composant actif est un objectif de premier plan dans le domaine du magnétisme moléculaire.

L'analyse de larges quantités de données ou d'images, le développement des véhicules autonomes, les progrès de la robotique ou des biocapteurs, changent nos attentes vis-à-vis des puces électroniques.

Depuis sa découverte le graphène suscite un intérêt considérable du fait de ses propriétés électriques, optiques et mécaniques exceptionnelles. Il se présente aujourd’hui comme l’un des nano-objets les plus prometteurs dans de nombreux domaines d'applications allant de l'électronique à la production et au stockage d’énergie.

Des chercheurs de l'Institut des sciences chimiques de Rennes, en collaboration avec l'ENS Cachan, l'École Polytechnique (Palaiseau) et le CEA (Saclay), ont développé de nouvelles familles de semi-conducteurs organiques, utilisées pour la première fois avec succès dans des "PhOLEDs" : diodes électrophosphorescentes organiques. Publication dans Angewandte Chemie International Edition.

Le platine est un élément de référence en matière d'efficacité catalytique, en particulier pour la filière hydrogène énergie : électrolyse de l'eau et réactions à la membrane de piles à combustible.

Les structures carbonées nanométriques (nanotubes, fullerènes, plan de graphène,…) possèdent des propriétés de conduction électronique remarquables, dont on essaye de tirer parti pour réaliser de nouveaux dispositifs (capteurs, composant électronique, …), mais à condition de maitriser les différents procédés de leur mise en œuvre.

De nouvelles réglementations, imposent la recherche de nouveaux procédés industriels, moins dangereux pour la santé ou pour une meilleure préservation de notre environnement. Il en est ainsi des traitements de surface à base de chrome hexavalent (Cr VI), produit hautement cancérogène, utilisés comme préparation des métaux avant peinture.

Le nombre déjà important d'objets connectés (aujourd'hui 10 milliards d’objets circulent dans l'internet des objets) est en croissance constante (plus de 30 milliards en 2020, pronostique ABI Research). Un tel développement n'est possible qu'en ayant recours à des techniques de fabrication rapide et à très bas coût.

L'épuration d'effluents demande d'extraire de façon sélective, efficace, contrôlée et à moindre coût les ions dissous dans un solvant. L'équipe LCSI de l'IRAMIS propose le procédé SOLIEX, basé sur la fixation de molécules, offrant une très grande sélectivité dans la capture des ions cibles, sur des feutres de grande surface spécifique.

Dans le cadre du développement de la filière énergétique hydrogène, la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau nécessite des catalyseurs efficaces. En remplacement du platine, rare et cher, des oxydes de cobalt ont été proposés.

La réalisation de composants électroniques à base de graphène est aujourd'hui un défi technologique plein de promesses, puisque l'on peut espérer bénéficier de la mobilité électronique exceptionnelle au sein de ce matériau, constitué d'un seul plan atomique d'atomes de carbone.

L’utilisation usuelle de l’hydrogène est une voie possible d’évolution de notre paysage énergétique, mais qui demande un large déploiement de piles à combustible. Pour ceci, il est nécessaire de développer et mettre en œuvre de nouveaux catalyseurs sans métaux nobles.

Les nanotubes de carbone sont un matériau prometteur à la fois en mécanique, électronique et optique. Si des matériaux composites industriels renforcés en nanotubes commencent à sortir sur le marché, les applications optiques et électroniques sont plus lentes à venir car elles utilisent des nanotubes de carbone semi-conducteurs.

L'étude de molécules complexes ou de matériaux biologiques individuels nécessite de  savoir immobiliser ces objets sans altérer leurs fonctions actives.

Des chercheurs du Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CEA-CNRS-Université J.

( English version)   Des chercheurs du Laboratoire d'Electronique Moléculaire (IRAMIS/SPEC) ont récemment publié un article intitulé "Controlled Stability of Molecular Junctions" dans la prestigieuse revue internationale Angewandte Chemie. Ce travail réalisé en collaboration avec le groupe du Prof.

Assembler des molécules aimants sur des nanotubes de carbone : une première que vient de réaliser une équipe de l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (CNRS/Université Paris 11) en collaboration avec l'Institut Lavoisier de Versailles (CNRS/Université de Versailles Saint-Quentin), le laboratoire de Chimie Physique (CNRS/Université Paris 11), le laboratoire d'Electronique Moléculaire (de l'IRAMIS/SPEC au CEA-Saclay) et l'Institut Néel de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier).

Le développement et la réalisation de dispositifs en micro- et bio-électronique nécessite souvent de déposer des couches de substances organiques sur des surfaces conductrices ou semi-conductrices. Pour ceci l'accroche chimique (ou greffage) est très efficace.

Les éditeurs de la revue « Journal of the American Chemical Society » ont récemment choisi pour "JACS Select" un article du Laboratoire d’Electronique Moléculaire intitulé : "Facile Decoration of Functionalized Single-Wall Carbon Nanotubes with Phthalocyanines via “Click Chemistry" ".

Le greffage de polymères sur des surfaces conductrices de l’électricité suscite depuis plusieurs années toute l’attention de l’équipe du Laboratoire de Chimie des Surfaces et des Interfaces dirigé par Serge Palacin.

Des chercheurs de l’Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN / CNRS – Universités Lille 1 et Valenciennes, Institut Supérieur de l’Electronique et du Numérique-ISEN) et du Service de Physique de l'Etat Condensé du CEA sont parvenus à réaliser des transistors à partir de nanotubes de carbone sur substrat de silicium.