Mélange de polymères conjugués pour conducteurs ionique et électronique organiques plus rapides

par Micah Barker

Thèse de doctorat en Polymères

Sous la direction de Georges Hadziioannou et de Natalie Stingelin.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques , en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (laboratoire) et de EQ4 - Polymère Electronique Matériaux et Dispositifs (equipe de recherche) .


  • Résumé

    Le fonctionnement de divers dispositifs électrochimiques organiques relève de leur propriété intrinsèque de conductivité mixte par les polymères pi-conjugués. Un facteur clé, qui généralement limite les performances d'un dispositif, est le transport trop lent des ions à travers le polymère semiconducteur, nécessaire pour le dopage et dé-dopage en masse. De plus, de nombreux efforts ont été réalisés pour améliorer la conductivité ionique de différents polymères conjugués en travaillant chimiquement sur la polarité de la chaîne latérale sur ces matériaux. De tels groupements peuvent cependant impacter la structure de ces matériaux et rendre leurs propriétés électroniques sensibles aux conditions environmentales. Ce travail démontre la viabilité d'un mélange de polymères multicomposants comme alternative pour régler la conductivité mixte. Un copolymère à bloc hydrophile de poly(3-hexylthiophène) et poly(oxyde d'éthylène) (P3HT-b-PEO) est mélangé avec un copolymère aléatoire conducteur mixte de P3HT et poly(3-hydroxyhexylthiophène) (P3HT-co-P3HHT). Les transistors électrochimiques du mélange montrent une performance de transduction similaire au matériau P3HT-co-P3HHT pur à l'état stable, cependant le temps de réponse est grandement réduit. On attribut cela à un dopage électrochimique plus rapide puisque la captation des ions s'améliore quand on augmente l'hydrophilie du matériau grâce à l'ajout du copolymère à bloc. Même si le mélange avec l'homopolymer PEO donne des résultats similaires, l'utilisation du copolymère à bloc avec la partie P3HT compatibilise le mélange, rendant ainsi la structure plus stable et améliorant les performances du dipsositif lors de son exposition prolongée à l'eau. Ceci ouvre de nouvelles opportunités pour des futurs travaux en modifiant les copolymères à blocs qui améliorent les performances et la stabilité des mélanges de polymères conducteurs mixtes.

  • Titre traduit

    Conjugated polymer blends for faster orgnic mixed ionic-electronic conductors


  • Résumé

    The operation of various organic electrochemical devices relies on the intrinsic mixed conducting properties of π-conjugated polymers. One key factor that generally limits device performance is the slow transport of ions throughout the semiconducting polymer, necessary for bulk doping and de-doping. Thus, there has been increasing efforts to enhance the ionic conductivity of various conjugated polymers by chemically engineering the polarity of the side chains of the material. Such substituents however can impact the structure of these materials and render their electronic properties sensitive to environmental conditions. This work demonstrates the viability of multicomponent polymer blending as an alternative approach to tune mixed conductivity. A hydrophilic block copolymer of poly(3-hexylthiophene) and poly(ethylene oxide) (P3HT-b-PEO) is blended with a mixed-conducting random copolymer of P3HT and poly(3-hydroxyhexylthiophene) (P3HT-co-P3HHT). Electrochemical transistors of the blends exhibit similar transduction performance at steady state relative to those of the neat P3HT-co-P3HHT, however the response time is greatly reduced. We attribute this to faster electrochemical doping related to ion uptake due to the increased material hydrophilicity upon adding the block copolymer. Although blending with a PEO homopolymer also achieves similar results, employing the block copolymer with the P3HT-moiety compatibilizes the blends, resulting in better stability of the structure and of the device performance over time exposed to water. This implies the opportunity for future work to further engineer block copolymers that enhance the performance and stability of mixed conducting polymer blends.