Matériaux Ioniques pour de la détection – OUTSMART

1. Optimisation de la synthèse
Pour la synthèse de nos matériaux, nous utilisons une stratégie de synthèse basée sur le couplage de Ullmann cupro-catalysé pour conduire au cœur aromatique étendu suivi d’une N-alkylation en présence de bromure d’alkyle. Cette stratégie permet d’obtenir les matériaux souhaités en 2 ou 3 étapes suivies d’un échange d’anion. La mise au point de la synthèse s’est effectuée au départ du 1-bromo-naphthalène Suite à cela, un échange d’anion a été fait pour étudier l’impact de l’anion sur les propriétés physico-chimiques (filmogène, hydrophobicité, point de fusion, etc.) et de luminescence .
Ces 18 dernière mois, quatre familles de molécules, possédant différents chromophores, ont été synthétisées avec des rendements similaires.
Pour finir, nous avons commencé à explorer la mise en forme du composé contenant une unité fluorène et l’anion BF4 (1mm d’épaisseur, 3 cm de diamètre) pour la détection de neutrons de basses et hautes énergies.

2) Détection des neutrons
L’année écoulée a été consacrée essentiellement à mettre en évidence la capacité de nos matériaux à détecter les neutrons lents. Cette détection se fait par l’intermédiaire de la réaction nucléaire 10B(nth,a)7Li* qui est exothermique (Q = 2.31 MeV). L’énergie cinétique transmise aux a essentiellement (Ea = 1.47 MeV) provoquera l’excitation du milieu scintillant.
Les taux de comptage des neutrons détectés ont pu être normalisés à ceux du détecteur BF3 étalonné en place sur le site. De cette façon, des efficacités de détection ont pu être estimées ainsi que présentées sur les distributions à droite de la figure. En extrapolant l’efficacité estimée à 0.05 % pour des neutrons d’énergie En~110 keV, le long de la section efficace de l’interaction 10B(nth,a)7Li*, une efficacité de détection de 100 % est atteinte pour une énergie de neutrons légèrement supérieure à l’énergie thermique (25 meV).
3)Détection de molécules gazeuses.
Des films d’une série de matériaux ioniques avec le naphthalène et le N-méthyl carbazole comme substituants et une série d’anions ont été déposés sur électrodes interdigitées d’ITO. Leur caractère isolant a été montré et certains de ces matériaux ont été incorporés dans des dispositifs MSDI, avec Pc2Lu comme couche supérieure semi-conductrice. Les caractéristiques I(V) sont non linéaires et symétriques, comme attendu pour des MSDIs. Ces dispositifs sont sensibles à l’ammoniac dans la gamme 10-100 ppm, mais montrent une grande sensibilité à l’humidité.

4) Détection de Neutrons de basses énergies
Si les efficacités prédites sont confirmées, notre matériau présentera des performances de détection égales à celles des détecteurs 3He qui constituent actuellement la référence dans ce domaine de détection, mais dont la manufacture est compromise à l’avenir du fait de la raréfaction de l’3He. Si nos résultats sont confirmés, notre matériau sera très compétitif sur le marché de la détection des neutrons lents concernant de nombreux domaines dans la radioprotection, la sécurité, le médical, l’industrie nucléaire, la diagraphie, etc…

Publications:
1. F. Rigoni, S. Freddi, S. Pagliara, G. Drera, L. Sangaletti, J. Suisse, M. Bouvet, A. Malovichko, A. Emelianov, I. Bobrinetskiy,, Nanotechnology, 28(25), 2017
2.Alexandre Al Abbas, Benoit Heinrich, Matthieu L’Her, Emilie Couzigne, Richard Welter and Laurent Douce, New J. Chem., 2017, 41, 2604-26014.
Communications:
1. M. Mateos, R. Meunier-Prest, A. Wannebroucq, J.-M. Suisse, M. Bouvet, “Spectroscopie d’impedance d’heterojonctions moleculaires – vers une meilleure comprehension du rôle des interfaces”, Forum Impedance, Université Curie, Paris, 12 déc. 2016.
2. (Conf. Invitée) M. Bouvet, «Emerging sensing materials for air quality monitoring«, COST action TD1105 «European Network on New Sensing Technologies for Air-pollution Control and Environment Sustainability«, EuNetAir, Final meeting, Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republique, October 5-7, 2016.
3. (Conf. Invitée) M. Bouvet, «Solution processing of molecular materials for better chemical sensors«, JSPS workshop «Green processes«, Dijon, 22-23 septembre 2016.
4. (Conf. Invitée) M. Bouvet, «Gas sensors based on lanthanide double- and triple-decker complexes« Seventh International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-9), Nanjing, China, 3-9 juillet 2016.
5.M. Bouvet, «Phthalocyanines as molecular semiconductors, from electrical properties to gas sensing«, International Symposium for Metal Porphyrins and Phthalocyanines, Beijing, China, 1-3 juillet 2016.
6.(Conf. Invitée) M. Bouvet, J.-M. Suisse, R. Meunier-Prest, «Advanced hybrid materials for environmental sensors«, E-MRS 2016 Spring Meeting, Lille, 2-6 mai 2016.
7. L. Douce, L. Stuttgé, Ionic Liquids, Gordon R. C. (Ionic Liquids for Future Technologies), « Ionic Liquid Crystals for Nanochemistry, Gene Delivery and Radiation Sensors » August 14-19, 2016, Newry, ME, USA.
8. S. Leroux, European Material Research Society fall meetingWarsaw, 2016, September 20th, an overview using first principles molecular dynamics«