Films minces conducteurs à base de polyélectrolytes et de particules : élaboration et contrôle de leurs propriétés conductrices et mécaniques

par Baptiste Taillefumier

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Claudine Filiatre et de Cédric Buron.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de Carnot Pasteur , en partenariat avec UTINAM - Univers, Temps-fréquence, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (laboratoire) depuis le 21-10-2016 .


  • Résumé

    Les films minces déposés sur des matériaux permettent d'apporter des propriétés multifonctionnelles de surface telles que des propriétés chimiques, mécaniques, optiques, électriques, biologiques... Différents procédés par voie humide permettent de former ces films sur des substrats divers. Parmi ces procédés, l'assemblage dit « multicouche » de polyélectrolytes offre de nombreuses possibilités de formation de films en milieu aqueux que ce soit dans le choix des substrats, des polymères, des additifs qui peuvent être incorporés (particules, enzymes…) ou encore des techniques d'élaboration. L'objectif de cette thèse est d'étudier la formation de films minces par auto-assemblage de polymères conducteurs de charges opposées afin d'apporter des propriétés électriques et mécaniques à des matériaux de différentes natures, en particulier des matériaux souples. Des travaux de recherche effectués dans notre équipe ont montré qu'il était possible de réaliser des films minces conducteurs à base de polymères et de particules inorganiques mais que ces films présentaient des fissures, ce qui diminuait leur conductivité. Il s'agit dans cette thèse d'améliorer les propriétés conductrices en incorporant des particules métalliques mais aussi les propriétés mécaniques par insertion de liquides ioniques jouant le rôle de plastifiant. Les films formés avec ce type de polymère trouvent des applications dans la fabrication de matériels électrochromiques, de diodes organiques (OLEDs), de cellules photovoltaïques, de capteurs… Différentes techniques de caractérisation des films seront utilisées avec notamment le suivi de l'assemblage des polymères par spectrophotométrie UV-Visible et par réflectométrie laser ainsi que les mesures de conductivité électrique des films par la méthode de van der Pauw. Des observations de la morphologie de surface seront réalisées par microscopies électronique (MEB) et à force atomique (AFM). Enfin, les propriétés mécaniques des films (flexion, torsion, étirement) seront étudiées. Ces travaux de recherche seront réalisés en collaboration avec des chercheurs des universités de Franche-Comté et de Montpellier et de l'EPFL de Lausanne.

  • Titre traduit

    Conduxtive thin films made of polyelectrolytes and particles : elaboration and control of their conductive and mechanical properties.


  • Résumé

    Thin films coated on materials give their surface multifunctional properties such as chemical, mechanical, optical, electrical, biological ones... Multiples methods using wet processing can create those films on various substrates. One of these methods, "layer-by-layer" assembly of polyelectrolytes offers many possibilities of formation of films in aqueous medium such as the choice of substrates, of polymers, of additives who can be incorporated (particles, enzymes...) or of methods of elaboration. The main goal of this thesis is to study the formation of thin films using self-assembly of conductive polymers of opposite charges to give electrical and mechanical properties to various materials, in particular flexible ones. Researches previously done have shown that it was possible to create thin conductive films using polymers and inorganic particles but they showed cracks, which reduce their conductivity. In this thesis, upgrade the conductivity using metallic particles but also upgrade the mechanical properties using ionic liquids as plasticizer are very important. Films coated with this type of polymers have applications in the fabrication of electrochromic materials, organic diodes (OLEDs), solar cells, gas sensors... Multiples methods of characterization of the films will be used like for tracking the assembly of polymers with the UV-visible spectrophotometry and with the reflectometry and by measuring the electrical conductivity of these films using the Van der Pauw method. Observations of the surface morphology will be done with Scanning Electron Microscope (SEM) and atomic force measurement (AFM). Finally, the films' mechanicals properties (bending, twisting, and stretching) will be studied. This thesis will be realized with the collaboration of scientists from the university of Franche-Comté and Montpelier and from the EPFL of Lausanne.