Design de nouveaux matériaux adaptatifs

par Maxime Ducamp

Projet de thèse en Chimie Physique

Sous la direction de François-Xavier Coudert.

Thèses en préparation à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....) , en partenariat avec Institut de Recherche de Chimie Paris (laboratoire) , Chimie Organométallique et Catalyse de Polymérisation (COCP) (equipe de recherche) et de Chimie ParisTech / École Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP) (établissement opérateur d'inscription) depuis le 01-09-2019 .


  • Résumé

    Les matériaux cristallins avec des propriétés thermiques et mécaniques anormales comme une compressibilité linéaire négative, un coefficient de poisson négatif ou une expansion thermique négative sont très recherchés pour les applications mais sont assez rares. Ils sont plutôt communs parmi les réseaux nanoporeux tels que les MOF (metal-organic frameworks), les réseaux moléculaires, etc. En revanche ils sont peu fréquents dans les matériaux inorganiques denses. Néanmoins le rôle de la chimie, de la géométrie et de la topologie sur ces propriétés ne sont pas encore complètement comprises. Le projet de thèse est de développer et d'utiliser des techniques de simulation du domaine de la chimie et de la physique computationnelle pour guider le design de nouveaux matériaux avec des propriétés mécaniques et thermiques ciblées. Ce projet combine plusieurs échelles de modélisation: calculs de chimie théorique (calculs de DFT) de structures et de leur comportement élastique, simulations de dynamique moléculaire à des température/pression variées, et des modèles mécaniques des réseaux. Ces approches, combinées avec des modèles statistiques de diagramme de phase en pression/température des matériaux, nous permettra de comprendre et de prédire l'occurence de ces comportement mécaniques et thermiques anormaux. Nous étendrons ces méthodes aux systèmes cristallins ainsi qu'aux phases amorphes.

  • Titre traduit

    Materials with targeted responsive behavior


  • Résumé

    Crystalline materials with anomalous mechanical and thermal properties, such as negative linear compressibility, negative Poisson's ratio, or negative thermal expansion, are highly desirable for applications but relatively rare. They are common among nanoporous framework materials (metal-organic frameworks, molecular frameworks, and others) than in dense inorganic materials, yet the relative roles of chemistry, geometry and topology on these properties have not been fully understood. The PhD project is to developp and use simulation techniques from the fields of computational chemistry and physics to guide the design of new framework materials with tailored mechanical and thermal properties. This will combine at multiple scales of modeling: quantum chemistry calculations (typically Density Functional Theory) of structures and their elastic behaviour, classical force field-based molecular dynamics simulations at varying temperature/pressure, and finite element-based mechanical models of the frameworks. These modeling approaches, along with statistical physics models of the (pressure, temperature) phase diagrams of the materials, will allow us to understand and predict the occurence of anomalous mechanical and thermal behavior in framework materials. We will work on extending these methods beyond crystalline materials and model amorphous phases.