Matériaux hYbrides Orientés et nanoStructurés: élaOration, sTructure et proprIétéS – MYOSOTIS

La réalisation de réseaux ordonnés de nanoparticules inorganiques au sein d'une matrice d'un polymère fonctionnel doit permettre l'obtention de nouveaux matériaux combinant les propriétés physiques uniques des nanoparticules avec la simplicité de mise en oeuvre des polymères. Ce projet de recherche fondamentale interdisciplinaire, basé sur les expertises complémentaires de quatre laboratoires - le SPrAM à Grenoble, l'ICS et l'IPCMS à Strasbourg et le PPSM à Cachan - vise à développer les points suivants: i) la fabrication de films minces orientés et nanostructurés de matériaux hybrides électro-actifs formés par un polymère piconjugué semiconducteur - un poly(alkylthiophène) régiorégulier (P3AT) dans le cas présent - et des nanoparticules inorganiques à caractère métallique ou semi-conducteur en contrôlant l'organisation du matériau depuis l’échelle l'échelle moléculaire, au niveau de l'interface entre le polymère et les nanoparticules, jusqu'à l’échelle mésoscopique, ii) l'étude de la structure, des propriétés optiques et électroniques (transport de charge ambipolaire). On utilisera entre autres des techniques de pointe comme la tomographie en microscopie électronique à transmission pour étudier en trois dimensions la dispersion des nanoparticules dans la matrice polymère (IPCMS), l’imagerie de photoluminescence résolue en temps (PPSM) ou la réalisation de transistors à effet de champ organiques pour étudier le transport (SPrAM). La préparation de ces matériaux hybrides nanostructurés et orientés reposera sur la technique de croissance épitaxiale directionnelle développée à l’ICS pour des polymères conjugués. La mise en oeuvre pratique sur des matériaux hybrides a été récemment démontrée dans le cadre d'une collaboration entre le SPrAM et l'ICS pour du poly(3-hexylthiophène) régiorégulier et des nanocristaux (NCs) de CdSe (Advanced Materials 19, 3819- 3823, 2007). Au coeur du projet se situe la problématique du contrôle de l'interface entre les nanoparticules et le polymère conjugué. Cela impliquera la synthèse de ligands spécifiques ayant un rôle double: i) assurer une bonne dispersion des nanoparticules dans la matrice polymère ; ii) permettre un transfert de charge efficace entre le polymère et les nanoparticules ainsi qu'un transfert électronique entre nanoparticules voisines. Une approche pragmatique sera suivie sur cet aspect. D’un côté, nous utiliserons des ligands commerciaux à base de pyridine ayant une bonne affinité pour la surface des nanocristaux et qui permettent une bonne dispersion des nanoparticules dans des solvants organiques et une bonne compatibilité avec la matrice de polymère conjugué. L’autre approche sera de synthétiser des ligands polypyridines bidentates permettant d’interconnecter les nanoparticules par des groupements conjugués afin de faciliter le transport des électrons.