Master s thesis subject 2013 Topic: MICROSYSTEMS SENSORS. Design of novel carbon Microwave-based Ultrasensitive gas Sensors
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- Angélique Éthier
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1 Master s thesis subject 2013 Topic: MICROSYSTEMS SENSORS Design of novel carbon Microwave-based Ultrasensitive gas Sensors Description: The MDA group IMS-Bordeaux Lab (Intégration du Matériau au Système) is well recognized for its contribution in the area of microsensors and microsystems targeting health and environmental applications. The group was among the pioneers in the field of polymeric micro-fluidics combined with «Surface acoustic wave» (SAW) devices and were among the first to demonstrate the significant benefits of such an approach [1]. We have recently focused on the development of a novel type of ultra-sensitive microwave sensors, using low-cost technologies, dedicated to in situ measurement. This new type of sensor will: 1/ incorporate promising carbon materials as highly sensitive and selective element in the microwave band, 2/ be printed on flexible substrates such as Kapton and hydrophilic paper and 3/ be based on electromagnetic transduction to facilitate its integration into a network of communicating sensors and to minimize energy consumption. A strong collaboration with CINTRA (CNRS International NTU THALES Research Alliance)-Singapore was established for this project (Merlion Project). CINTRA has been actively working on fabrication of flexible electronics for numerous years (see fig. 1) [2] and has extended capabilities and expertise in printed technology and carbon nanotubes (CNTs)- based high frequency devices. The combination of the unique knowledge of the two labs will open the way to fabrication, simulation and measurement of novel CNTs-based flexible RF (Radio frequency) microsensors. This Internship is devoted to evaluate by simulation the ability of sensor sensitivity (gas detection) based on electromagnetic transduction thanks to conductivity property change of the CNTs sensitive layer upon introduction of testing gases. Work will be organized in three major phases: Figure 1. Fabrication of prototype RF sensors by ink-jet printing on flexible substrate (paper) and CNTs based resonator realized at CINTRA lab. 1) Study of electromagnetic software tools (HFSS, Comsol, etc) and of RF/microwave structures, to define a class of geometry adapted to sensing applications. Multi-physics modelling tools, which use full-wave electromagnetic field simulation, are essential for understanding and studying of new designs of high frequency components. Such tools offer multiple state-of-the-art solver technologies based on either the proven finite element method or the well-established integral equation method. We have to select the appropriate solver for the type of simulation to perform on RF/microwave components.
2 2) Full-wave electromagnetic field simulation of designed gas sensor on different flexible substrates (paper and kapton). 3) Full-wave electromagnetic field simulation of one sensor geometry with selected substrate and with a sensitive layer of CNTs. [1] H. Tarbague et al., PDMS (Polydimethylsiloxane) Microfluidic Chip Molding for Love Wave Biosensor, j. Integrated Circuits and Systems (2010); v.5 pp [2] Sébastien Pacchini, K. Frigui, S. Bila, C.A Macuri, C. Brun, E. Flahaut, D. Baillargeat, T.B Kang, CNTs effects on RF Resonator Printed on Paper, Conference IEEE and MTT-S, International Microwave Symposium (IMS), 2013 We are looking for a motivated, talented student ready to deal with a multidisciplinary scientific field. Good knowledge of physics and in particular electronics (design) are necessary. The proposed study is at the leading edge of a new area of research with large potential in our group. PRACTICAL INFORMATION Duration: 5 to 8 months Net scholarship: 440 /month Hamida HALLIL, Corinne DEJOUS hamida.hallilabbas@u-bordeaux1.fr, corinne.dejous@ims-bordeaux.fr Téléphone : / Laboratoire de l Intégration du Matériau au Système IMS, team MDA Université Bordeaux 1 Bât.A31, 351 cours de la Libération, TALENCE Cedex, France. Collaboration : Sebastien Pacchini CINTRA lab UMI 3288, CNRS International Nanyang Technology University THALES Research Alliances, Singapore. spacchini@ntu.edu.sg
3 Sujet de stage 2013 Thème : MICROSYSTEMES CAPTEURS Etude de microsystèmes innovants à base de graphène DESCRIPTIF : L équipe MDA est reconnue pour ses travaux sur le développement de microcapteurs et microsystèmes dédiés à des applications pour des domaines comme l environnement ou la santé. L équipe a ainsi été parmi les premières à avoir démontré l intérêt majeur de la mise en œuvre de puces microfluidiques en polymère associés aux microcapteurs à ondes acoustiques de surface (SAW) [1]. De la même façon, nous souhaitons aujourd hui montrer l intérêt d étudier le graphène pour développer des microstructures innovantes. En effet, les dernières études scientifiques ont montré les excellentes de la structure 2D (voir figure 1) et des propriétés mécaniques, chimiques et électriques de ce matériau, qui représente ainsi un candidat d avenir pour des applications à la détection [2]. Une étroite collaboration avec le LAAS - CNRS a été établi pour ce projet. Le LAAS a une expertise internationale dans les technologies basées sur le graphène et a travaillé activement sur la fabrication de nouveaux dispositifs dédiés aux hyperfréquences [3]. Figure 1. Schéma d'un nano-capteur de graphène: la surface de graphène est dopée avec des acides carboxyliques [4]. La combinaison du savoir-faire unique des deux laboratoires ouvre la voie au développement des microcapteurs à base de graphène à hautes performances pour la détection d espèces gazeuses ou biologiques. Les travaux pourront se dérouler en 2 parties principales : - Une première étape visera à réaliser un état de l'art et à mettre au point une méthode de caractérisation des propriétés du graphène ou de son oxyde utilisé comme couche sensible immobilisée en surface du capteur à ondes acoustique. Ces travaux consisteront en une partie expérimentale comprenant l étude des dépôts de tels films réalisés par notre collaborateur LAAS-CNRS [3], l exposition à des vapeurs d intérêt. Les modifications ainsi induites sur la réponse du dispositif seront comparées avec des résultats de la littérature et des résultats de modélisation. - A partir des résultats obtenus dans cette première phase, une seconde étape consistera à imaginer et proposer des microstructures innovantes mettant à profit les propriétés remarquables de ce matériau. [1] H. Tarbague et al, PDMS (Polydimethylsiloxane) Microfluidic Chip Molding for Love Wave Biosensor, j. Integrated Circuits and Systems (2010); v.5 pp
4 [2] Chaoxu Li et al, Biodegradable nanocomposites of amyloid fibrils and graphene with shape-memory and enzyme-sensing properties, Nature nanotechnology (2012); v.7, pp [3] G. Deligeorgis, M. Dragoman, D. Neculoiu, D. Dragoman, G. Konstantinidis, A. Cismaru, and R. Plana, Microwave propagation in graphene, Appl. Phys. Lett., vol. 95, no. 7, p , [4]Rocha, C.G.et al. Tailoring the physical properties of graphene to appear on the collective work Graphene: Synthesis and Applications, Taylor and Francis, LLC, August Nous sommes à la recherche d un étudiant curieux, motivé et ouvert à l idée de se confronter à des domaines scientifiques variés. Des connaissances en physique et en électronique, seront nécessaires. Ce sujet se situe dans une dynamique d ouverture d une thématique de recherche innovante à l interface entre nos équipes, que nous souhaitons poursuivre dans le cadre d une thèse. Hamida HALLIL, Corinne DEJOUS hamida.hallilabbas@u-bordeaux1.fr, corinne.dejous@ims-bordeaux.fr Téléphone : / Laboratoire de l Intégration du Matériau au Système IMS, équipe MDA Université Bordeaux 1 Bât.A31, 351 cours de la Libération, TALENCE Cedex Collaboration : Georgios DELIGEORGIS LAAS-CNRS, Equipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications (MINC), Toulouse
5 Sujet de stage MASTER 2, Thème : MICROSYSTEMES CAPTEURS Etude de faisabilité d un microcapteur acousto-optique pour application environnementale LABORATOIRE D ACCUEIL : Laboratoire de l Intégration du Matériau au Système IMS, équipes MDA-EDMiNA Université Bordeaux 1 Bât.A31, 351 cours de la Libération, TALENCE Cedex. Isabelle BORD-MAJEK, Hamida HALLIL isabelle.bord-majek@ims-bordeaux.fr, hamida.hallilabbas@u-bordeaux1.fr Téléphone : DESCRIPTIF : Les équipes MDA et EDMiNA sont reconnues pour leurs travaux sur le développement de microcapteurs et microsystèmes. Ces deux équipes souhaitent associer leurs compétences pour proposer de nouveaux dispositifs intégrant plusieurs technologies et modes de transduction (optique, acoustique, électronique) dans le but d optimiser la réponse d un capteur pour des applications dans un milieu complexe de type environnement. Le déroulement de ce stage fortement pluri-disciplinaire comportera deux parties principales qui feront l objet de réunions de travail régulières associant les membres des deux équipes : - Une étude bibliographique visant la réalisation d une synthèse sur l'état de l'art des microsystèmes étudiés nationalement et internationalement, associant plusieurs technologies et principes de transduction, et en particulier photoniques et acoustiques. - Une étude expérimentale pourrait consister en la réalisation d essais de faisabilité à partir d un modulateur acousto-optique commercial. La préparation du composant sera effectuée en salle blanche. Des caractérisations électro-optiques et sous gaz seront enfin réalisées. Le contenu de cette partie pourra être aménagé en fonction des résultats de l étude bibliographique. Nous sommes à la recherche d un étudiant curieux, motivé et ouvert à l idée de se confronter à des domaines scientifiques variés. Des connaissances en physique, en particulier optique, électronique, seront nécessaires. Ce sujet se situe dans une dynamique d ouverture d une thématique de recherche innovante à l interface entre nos équipes, que nous souhaitons poursuivre dans le cadre d une thèse. INFORMATIONS PRATIQUES Durée du stage de 5 à 8 mois. Gratification de 440 par mois.
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