Realization of composite coatings by liquid techniques for solar infrared light management

Ce projet de thèse porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de revêtements déposés par des méthodes d'enduction liquide pour la gestion des infrarouges solaires, en vue d'applications comme la gestion thermique des bâtiments et la récupération énergétique solaire. La piste explorée dans ce projet est l'utilisation de films fins composites, correspondant à une matrice dotée d'inclusions dont une ingénierie optique permet d'atteindre la fonctionnalité visée. Une modélisation complète à toutes les échelles d'un film composite sur un substrat est proposée. Un régime optimal de propagation lumineuse où l'absorption du matériau est amplifiée par l'ajout de diffusion est mis en lumière dans cette étude, représentant une stratégie intéressante pour le blocage du rayonnement sur de faibles épaisseurs. Un moyen de production de film fins est mis en place et des méthodes de caractérisation des divers phénomènes physiques intervenant durant le processus de réalisation des films sont étudiées. Une étude à la fois théorique et expérimentale de l'influence des propriétés optiques des inclusions sur les performances thermiques de ces revêtements est proposée. Des films polymères chargés en nanoparticules d'or sont utilisés comme preuve de concept de l'utilisation de la diffusion comme moyen de contrôle du rayonnement incident. Des films de PEDOT:PSS/Silicium sont également réalisés pour contrôler de façon indépendante absorption et diffusion dans le film et observer le régime optimal d'absorption dans la gamme du proche infrarouge.This PhD project focuses on the designing, realization and characterization of coatings deposited by liquid means, for the management of infrared solar light, regarding applications towards building efficency and solar energy harvesting. We aim to produce composite thin films, composed of polymeric matrix in which solid inclusions are added. An engineering of these inclusions permits one to reach the desired functionality. A complete modelling of composite thin film on a substrate is proposed. An optimal transport regime of light is found where the absorption is enhanced by the addition of scattering. A bench for thin film production is realized and experimental methods of characerization of the various physical phenomena occuring during material deposition is studied. A theoretical and experimental study of the influence of the optical properties of thin film on its thermal performances is proposed. Polymeric thin films containing gold nanoparticles are used as proof-of-concept of the enhanced heat generation by light scattering. Also, PEDOT:PSS/Silicon thin films are realized to control independently the absorption and scattering in films and explore such optimal regime in the near-infrared part of the spectrum

Réalisation de revêtements composites par voie liquide pour la gestion des infrarouges solaires

This PhD project focuses on the designing, realization and characterization of coatings deposited by liquid means, for the management of infrared solar light, regarding applications towards building efficency and solar energy harvesting. We aim to produce composite thin films, composed of polymeric matrix in which solid inclusions are added. An engineering of these inclusions permits one to reach the desired functionality. A complete modelling of composite thin film on a substrate is proposed. An optimal transport regime of light is found where the absorption is enhanced by the addition of scattering. A bench for thin film production is realized and experimental methods of characerization of the various physical phenomena occuring during material deposition is studied. A theoretical and experimental study of the influence of the optical properties of thin film on its thermal performances is proposed. Polymeric thin films containing gold nanoparticles are used as proof-of-concept of the enhanced heat generation by light scattering. Also, PEDOT:PSS/Silicon thin films are realized to control independently the absorption and scattering in films and explore such optimal regime in the near-infrared part of the spectrum.Ce projet de thèse porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de revêtements déposés par des méthodes d'enduction liquide pour la gestion des infrarouges solaires, en vue d'applications comme la gestion thermique des bâtiments et la récupération énergétique solaire. La piste explorée dans ce projet est l'utilisation de films fins composites, correspondant à une matrice dotée d'inclusions dont une ingénierie optique permet d'atteindre la fonctionnalité visée. Une modélisation complète à toutes les échelles d'un film composite sur un substrat est proposée. Un régime optimal de propagation lumineuse où l'absorption du matériau est amplifiée par l'ajout de diffusion est mis en lumière dans cette étude, représentant une stratégie intéressante pour le blocage du rayonnement sur de faibles épaisseurs. Un moyen de production de film fins est mis en place et des méthodes de caractérisation des divers phénomènes physiques intervenant durant le processus de réalisation des films sont étudiées. Une étude à la fois théorique et expérimentale de l'influence des propriétés optiques des inclusions sur les performances thermiques de ces revêtements est proposée. Des films polymères chargés en nanoparticules d'or sont utilisés comme preuve de concept de l'utilisation de la diffusion comme moyen de contrôle du rayonnement incident. Des films de PEDOT:PSS/Silicium sont également réalisés pour contrôler de façon indépendante absorption et diffusion dans le film et observer le régime optimal d'absorption dans la gamme du proche infrarouge

Infrared thermospectroscopic imaging and tomography of confined process

International audienc

Silver nanoshells with optimized infrared optical response: synthesis for thin-shell formation, and optical/thermal properties after embedding in polymeric films

We describe a new approach to making ultrathin Ag nanoshells with a higher level of extinction in the infrared than in the visible. The combination of near-infrared active ultrathin nanoshells with their isotropic optical properties is of interest for energy-saving applications. For such applications, the morphology must be precisely controlled, since the optical response is sensitive to nanometer-scale variations. To achieve this precision, we use a multi-step, reproducible, colloidal chemical synthesis. It includes the reduction of Tollens' reactant onto Sn 2+-sensitized silica particles, followed by silver-nitrate reduction by formaldehyde and ammonia. The smooth shells are about 10 nm thick, on average, and have different morphologies: continuous, percolated, and patchy, depending on the quantity of the silver nitrate used. The shell-formation mechanism, studied by optical spectroscopy and high-resolution microscopy, seems to consist of two steps: the formation of very thin and flat patches, followed by their guided regrowth around the silica particle, which is favored by a high reaction rate. The optical and thermal properties of the core-shell particles, embedded in a transparent poly(vinylpyrrolidone) film on a glass substrate, were also investigated. We found that the Ag-nanoshell films can convert 30% of the power of incident near-infrared light into heat, making them very suitable in window glazing for radiative screening from solar light.Investments for the Future Programme IdEx Bordeaux-LAPHI