Polymères fonctionnels pour l’électronique imprimée 3D/4D : de la rhéologie à la fonctionnalisation des matériaux // Rheology and Conduction of Functional Polymers for Embedded Electronics in 3D/4D Additive Manufacturing

Cette thèse, menée sur la plateforme MAPP (CEA-Metz), s’inscrit dans le cadre du développement de procédés de fabrication additive 3D/4D et la mise en oeuvre de matériaux intelligents. L’objectif est de dépasser les limites d'intégration des architectures planaires traditionnelles (PCB, wafers) en explorant l’impression directe de fonctions électroniques au sein de pièces fabriquées par fusion de fils (FDM) ou extrusion (PEM, Robocasting). Le travail se concentre sur les polymères fonctionnels conducteurs, composés d’une matrice organique et de particules métalliques, dont les mécanismes de conduction (contacts directs, effet tunnel, conduction ionique) sont régis par le franchissement du seuil de percolation. L’étude portera sur la maîtrise de leur mise en œuvre, l’analyse de leur comportement rhéologique et électrique, ainsi que sur l’exploitation de leurs propriétés résisitives, piézorésistives et piézoélectriques pour concevoir de nouvelles fonctions capteurs (3D) et actionneurs (4D). Le doctorant disposera d’outils de caractérisation avancés et sera encadré par une équipe pluridisciplinaire spécialisée en fabrication additive, matériaux et microélectronique.


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This PhD project, conducted on the MAPP platform (CEA-Metz), focuses on the development of additive manufacturing (3D/4D) processes for the integration of smart materials. The aim is to overcome the limitations of traditional planar electronic architectures (PCBs, wafers) integration by enabling the direct-to-shape printing of electronic functions within 3D parts performed by Fused Deposition Modeling and Paste Extrusion Modeling. The research will address functional conductive polymers, composed of an organic matrix and metallic particles, whose conduction mechanisms (direct contact, tunneling effect, ionic conduction) are governed by the percolation threshold. The study will investigate the processing of these materials, their rheological and electrical behavior, and the exploitation of their resistive, piezoresistive and piezoelectric properties to design novel sensor (3D) and actuator (4D) functions. The doctoral candidate will benefit from advanced characterization facilities and the guidance of a multidisciplinary team with expertise in additive manufacturing, materials science, and microelectronics.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Grand Est (CTREG)
Service : DLORR (CTReg)
Laboratoire : Autre DLORR
Date de début souhaitée : 01-09-2026
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : FENDLER Manuel
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DGDE//Autres DLORR
URL : https://www.linkedin.com/in/manuel-fendler-a3182427/?originalSubdomain=fr
URL : https://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/la-revue-du-cea/RevueCEA-n-08.pdf

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Grand Est (CTREG)
Service : DLORR (CTReg)

Master en Sciences des Matériaux, Physico-chimie des polymères