Elaboration de nouveaux papiers semiconducteurs par des procédés de chimie douce pour l’électronique organique – Scope

L’utilisation de semi-conducteurs organiques dans les dispositifs électroniques offre d’intéressantes perspectives, notamment en termes d’importantes réductions de poids et de coût de fabrication. Néanmoins, ces matériaux présentent plusieurs inconvénients liés notamment à la non-reproductibilité de la synthèse et à la difficulté de purification, mais surtout à la toxicité des solvants organiques utilisés. Ils soulèvent d’autres problématiques d’ordre écologique, pas seulement pour les polymères semiconducteurs eux-mêmes mais aussi à cause des matériaux utilisés en tant que support, non recyclables, non biodégradables ou bien de sources non renouvelables (plastique ou verre). Le projet SCOPE s’inscrit dans une nouvelle perspective durable orientée vers l’élaboration d’un procédé respectueux de l’environnement pour la synthèse de nouvelles molécules semi-conductrices, les polyimines ou polyazométhine en utilisant une réaction simple par condensation d’un dialdéhyde et d’une diamine dans un solvant vert à température ambiante. Le seul sous-produit formé est l’eau. Parmi les substrats utilisés, 3 d’entre eux sont des bio-monomères. Plusieurs dopants seront considérés pour moduler la conductivité des polymères synthétisés. Tous les polymères seront caractérisés pour en déterminer les propriétés structurales, optoélectroniques, électriques et électrochimiques, et établir une corrélation structure/propriétés. Des mesures combinant la spectroscopie UV/Visible/proche-infrarouge et la voltamétrie cyclique, permettront de déterminer expérimentalement la largeur de la bande interdite (gap Eg), ainsi que les positions des niveaux énergétiques HOMO (highest occupied molecular orbital) et LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Les résultats permettront de sélectionner les meilleurs polymères qui seront greffés (tels quels ou après dopage) sur de la pâte à papier via un lien covalent. Le choix s’est porté sur l’utilisation de la pâte à papier car c’est un éco-matériaux issu de ressources renouvelables et biodégradables. Les fibres de pâte à papier sont tout d’abord oxydées dans l’eau avant d’être couplées au plolymère semi-conducteur par amidation dans l’eau sans utilisation de coupleurs peptidiques. L’influence du taux de greffage et de la position de l’étape de dopage, avant ou après le couplage polymère/pâte à papier, sur la valeur finale de la conductivité du matériau seront étudiés. Les matériaux présentant une conductivité intéressante seront finement caractérisés, en termes de résistance mécanique et de stabilité thermique, dans un souci de durabilité, et du point de vue optoélectronique avec la détermination de leur gap optique. Des feuilles de papier seront préparées avec ces différents matériaux avant une caractérisation complète de leur propriétés physiques (conductivité, résistance à la rupture, allongement…). Ces feuilles serviront de supports à des capteurs chimiques imprimés, qui seront réalisés selon un design adapté, avant d’être testés comme preuve de concept.