Conception et développement de revêtements antimicrobiens multifonctionnels de type Alliages Haute Entropie (AHE) par pulvérisation plasma magnétron // Design and development of antimicrobial High Entropy Alloy (HEA) multifunctional coatings elaborated by

  • Orléans, Loiret
  • CDD
  • Temps-plein
  • Il y a 25 jours
Offer DescriptionDepuis la pandémie COVID-19, le besoin de réduire les contaminations microbiennes massives est devenu urgent, en particulier, dans le cas de contact avec des surfaces contaminées et en atmosphère confinée (transports publics, bureaux, open-spaces, hôpitaux, salles de cours, masques de protection, etc.), pour des applications civiles ou militaires. Il a été montré qu'au-delà des virus s'attaquant au système respiratoire, des virus intestinaux, transmis par le sang ou l'Herpès pouvaient survivre de quelques jours à deux mois sur les surfaces. Ce constat appelle une réponse en termes de conception de revêtements, simple à mettre en œuvre avec des techniques peu coûteuses et opérationnelles. De plus, de tels revêtements doivent avoir une efficacité antimicrobienne large, c'est-à-dire à la fois contre les virus et contre les bactéries.
Nous souhaitons explorer des solutions à cet enjeu dual de sécurité sanitaire en utilisant les propriétés exceptionnelles des alliages à haute entropie (AHE) pour concevoir des revêtements associant propriétés antimicrobiennes à une bonne résistance à la corrosion et à l'abrasion. Ces deux dernières propriétés sont dictées par la prise en compte des conditions opérationnelles d'utilisation des pièces revêtues et pour leur assurer la meilleure tenue dans le temps. La solution AHE est particulièrement intéressante car les nombreux éléments présents et la phase formée (solution solide incluant tous les éléments) garantissent l'obtention d'un cocktail de propriétés. Elle permet alors, en couplant l'optimisation de la composition chimique et de l'architecture de surface, de viser de multiples effets antimicrobiens et de détruire ou empêcher la prolifération indifféremment de virus et de bactéries.
Le sujet de thèse proposé concerne l'étude de la relation paramètres d'élaboration/composition-structure/propriétés antimicrobiennes qui passe par l'optimisation du procédé de dépôt par pulvérisation plasma magnétron (méthode PVD : Pysical Vapor Deposition) c'est-à-dire la compréhension des mécanismes élémentaires impliqués dans 1) la pulvérisation de cibles multi-élémentaires, 2)-le transport des espèces dans la phase gazeuse, 3)-leur condensation sur le support, 4)-la croissance et la structuration du film métallique AHE.
Pour ce faire, l'étudiant(e) aura accès aux équipements de pointe et à l'expertise disponibles au laboratoire GREMI et de Safran Tech dans le domaine des procédés plasmas et du diagnostic de la phase gazeuse. Les conditions énergétiques lors du dépôt seront particulièrement étudiées [3] afin de permettre la comparaison avec les prédictions de modèles numériques de formation des phases. Cela mènera à une meilleure compréhension des mécanismes de croissance du film AHE ainsi qu'à un contrôle accru du procédé. De nombreux régimes de pulvérisation plasma magnétron sont étudiés au GREMI (à faible incidence, en He, avec condensation en phase gazeuse, HiPIMS etc.), l'étudiant(e) pourra donc les tester sur les revêtements AHE et ainsi faire varier leur morphologie/structure pour une composition fixée. Par ailleurs, la possibilité de travailler en mode « combinatoire », c'est-à-dire à partir de plusieurs cibles, sans rotation du porte-échantillon, permettra de faire varier la composition des familles d'alliages visées dans une large gamme. De premières études du dépôt de films minces d'AHE de composition classique ont déjà été menées au GREMI [1,2]
La caractérisation chimique, morphologique et structurale des films sera menée à l'aide de différentes techniques d'analyse de routine au GREMI (MEB, DRX, AFM) par l'étudiant(e). L'accès à des techniques plus spécifiques se fera en collaboration étroites avec des partenaires du GREMI (RBS, XPS etc.) ou sur des plateformes locales (MET). Un premier screening de l'activité biocide sur des familles de bactéries utilisées dans les tests standardisés sera possible dans la salle de biologie du GREMI.Since the COVID-19 pandemic, the need to reduce massive microbial contamination has become urgent, in particular, in the case of contact with contaminated surfaces and in confined atmospheres (public transport, offices, open spaces, hospitals, classrooms, protective masks, etc.), for civil or military applications. It has been shown that beyond viruses attacking the respiratory system, intestinal viruses transmitted by blood or Herpes can survive from a few days to two months on surfaces. This observation calls for a response in terms of coating design, simple to implement with cheap, environmental friendly and operational techniques. In addition, such coatings must have broad antimicrobial effectiveness, i.e. against both viruses and bacteria.
We wish to explore solutions to this dual health safety challenge by using the exceptional properties of high entropy alloys (HEAs) to design coatings combining antimicrobial properties with good resistance to corrosion and abrasion. These last two properties are dictated by taking into account the operational conditions of use of the coated parts and to ensure their best resistance over time. The AHE solution is particularly interesting because the numerous elements present and the phase formed (solid solution including all the elements) guarantee the obtaining of a cocktail of properties. It then makes it possible, by coupling the optimization of the chemical composition and the surface architecture, to target multiple antimicrobial effects and to destroy or prevent the proliferation of viruses and bacteria.
The proposed thesis subject concerns the study of the relationship between production parameters/composition-structure/antimicrobial properties which involves the optimization of the magnetron plasma sputtering deposition process (PVD method: Physical Vapor Deposition), i.e. -say the understanding of the elementary mechanisms involved in 1) the sputtering of multi-elemental targets, 2)-the transport of species in the gas phase, 3)-their condensation on the support, 4)-the growth and structuring of the metallic AHE film.
To do this, the student will have access to the cutting-edge equipment and expertise available at the GREMI laboratory and Safran Tech in the field of plasma processes and gas phase diagnostics. The energy conditions during deposition will be particularly studied [3] in order to allow comparison with the predictions of numerical models of phase formation. This will lead to a better understanding of the AHE film growth mechanisms as well as an increased control of the process. Many magnetron plasma sputtering regimes are studied at GREMI (at low incidence, in He, with gas phase condensation, HiPIMS etc.), the student will therefore be able to test them on AHE coatings and thus vary their morphology /structure for a fixed composition. Furthermore, the possibility of working in “combinatorial” mode, meaning working with several targets, without rotation of the sample holder, will make it possible to vary the composition of the alloy families over a wide range. Initial studies on the deposition of AHE thin films of classical composition have already been carried out at GREMI [1,2]
The chemical, morphological and structural characterization of the films will be carried out using different routine analysis techniques at GREMI (MEB, DRX, AFM) by the student. Access to more specific techniques will be possible in close collaboration with GREMI partners (RBS, XPS etc.) or on local analytic platforms (MET). A first screening of biocidal activity on families of bacteria used in standardized tests will be possible in the GREMI biology room.Début de la thèse : 01/10/2024Funding category: Autre financement public
ANR Financement d'Agences de financement de la recherche
PHD Country: FranceRequirementsSpecific RequirementsLe domaine scientifique dans lequel s'inscrit cette thèse est celui de l'étude et du développement de procédés d'élaboration de matériaux par plasma. Les connaissances concernées relèvent de la physico-chimie des matériaux, et de l'interaction plasma/surface. Idéalement, les candidats(tes) devront donc avoir une formation dans le domaine des matériaux et des procédés plasmas. Une connaissance théorique et/ou expérimentale sur l'interaction plasma basse pression/surface ou le dépôt de films minces par une méthode PVD, sera appréciée. Il sera demandé à la personne recrutée de faire preuve de rigueur, d'autonomie et de proactivité.
The main scientific field of this thesis is the study and development of processes for producing materials using plasma. This relates to the physical chemistry of materials and plasma/surface interaction. Ideally, candidates should therefore have training in the field of plasma materials and processes. Theoretical and/or experimental knowledge on low pressure plasma/surface interaction or on the deposition of thin films using a PVD methods will be appreciated. The recruited person will be asked to demonstrate rigor, autonomy and proactivity.Additional InformationWork Location(s)Number of offers available 1 Company/Institute Université d'Orléans Country France City ORLEANS GeofieldWhere to apply WebsiteSTATUS: EXPIRED

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