Compréhension des propriétés électro-réflectrices dans l'infrarouge de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) électropolymérisé : Des couches modèles aux premiers dispositifs

Study of the electro-reflective properties in the infrared of electropolymerized poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : From a model layer to the first device.

• Auteur / Autrice : Charlotte Louet
• Direction : Sophie Cantin-Rivière, Pierre-Henri Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 23/07/2015
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) - Laboratoire de Physico-chimie des Polymères et des Interfaces / LPPI
• Jury : Président / Présidente : Aline Rougier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Chevrot, Corinne Marcel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Tran-Van, Jean-Pierre Simonato

Mots clés

Mots clés libres

Polymère conducteur electronique

Reflectivité IR

Réseau interpénétré de polymère

Poly(3.4-Éthylènedioxythiophène)

Electronic conducting polymer

IR reflectance

Interpenetrating polymer network

Poly(3.4-Ethylenedioxythiophene)

Résumé

L'objectif de cette thèse est l'élaboration d'un dispositif électro-émissif (DEE) à base de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT), obtenu par électropolymérisation, pouvant être envisagé pour une application de régulation thermique des satellites. Pour une meilleure compréhension du comportement optique du PEDOT dans l'IR, des couches modèles ont été élaborées avant la réalisation d'un dispositif complet.La première partie de ce travail a permis de caractériser des couches modèles de PEDOT obtenues par synthèse électrochimique sur ITO dans deux sels différents : le perchlorate de lithium (LiClO4) et le bis-trifluorométhylsulfonylimide de lithium (LiTFSI) dans l'acétonitrile (ACN) comme solvant. La morphologie, la conductivité électronique et les propriétés de réflectivité dans l'IR (gamme de longueur d'onde 8-20µm) du PEDOT ont été étudiées en fonction de l'état d'oxydation du PEDOT. La réflectivité dans l'IR du PEDOT à l'état dopé diminue fortement lorsque la rugosité augmente. Ceci a été attribué à l'augmentation du coefficient d'absorption pour une surface rugueuse comme cela a déjà été reporté pour les métaux. De plus, pour une morphologie identique, il a été montré que la réflectivité des couches modèles de PEDOT évolue avec la conductivité électronique de la même manière, quel que soit le sel utilisé ou la méthode d'élaboration des films. A l'état dopé, les films ont pu être décrits par le modèle de Drude, confirmant le caractère pseudo-métallique du PEDOT. Enfin, un pourcentage de réflectivité maximal de 67% a été obtenu à l'état oxydé et de 21% à l'état réduit, ces résultats donnent une idée des performances pouvant être atteintes dans les DEE à base de PEDOT.La seconde partie de ce travail a permis l'incorporation du PEDOT par électropolymérisation au sein d'une matrice hôte à base de réseau interpénétré de polymère (RIP) combinant le caoutchouc nitrile(NBR) et le poly(oxyde d'éthylène) (POE). Le DEE obtenu est basé sur une architecture tricouches "monobloc". Ainsi, la réalisation d'un DEE à base de RIP conducteur où le PEDOT est incorporé par électropolymérisation simultanément dans les deux faces du dispositif a été validée avec succès. Une fois gonflé d'électrolyte (LiClO4 dans le carbonate de propylène), les propriétés de réflectivité dans l'IR des dispositifs ont été comparées à celles des DEE dans lesquels le PEDOT est synthétisé chimiquement. Les propriétés de réflectivité dans l'IR et de conductivité électronique ont été corrélées de la même manière que pour les couches modèles, prouvant que le comportement du PEDOT varie peu quel que soit la méthode ou le support de synthèse utilisés.

The aim of this work is the elaboration of an electro-emissive (EED) device based on electropolymerized poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) for thermal control of satellites. PEDOT layers were prepared before the realization of the device in order to have a better understanding of the PEDOT optical behavior in the IR range.In the first section of this work, PEDOT model layers obtained on ITO electrodes using lithium perchlorate (LiClO4) or lithium bis-trifluoromethylsulfonylimide (LiTFSI) as supporting electrolytes and acetonitrile (ACN) as solvent were characterized. Morphology, electronic conductivity and IR reflectance properties (in the wavelength range 8-20 µm)were studied as a function of the PEDOT doping state. The IR reflectivity of doped PEDOT decreases drastically upon increasing surface roughness. This was attributed to enhanced absorption in the same way as reported for metallic surfaces. In addition, for the same morphology, the IR reflectivity is shown to follow the same trend as a function of the electronic conductivity for both salts. In the oxidized state, the layers can be described by the Drude model, confirming quasi-metallic behavior of PEDOT. Finally, the highest and lowest reflectance obtained for these PEDOT layers is 67% in the doped state ant 21% for the dedoped state respectively, which opens up interesting perspectives in terms of performances for the PEDOT-based EED.In the second part of this work, PEDOT was incorporated by electropolymerization in a host matrix based on interpenetrated polymer network (IPN) combining nitrile butadiene rubber (NBR) and poly(ethylene oxide) (PEO). The obtained EED is based on a monoblock architecture similar to a three-layer device. Thus, the elaboration of conducting IPN based EED by electropolymerization of EDOT has been made simultaneously on both faces of the device. Once the system is swollen by an electrolyte (LiClO4 in propylene carbonate), reflectivity properties of the devices were compared to those obtained by chemical oxidative polymerization of EDOT within the matrix. IR reflectivity and electronic conductivity properties were correlated following the same trend as in PEDOT layers, this means that PEDOT behavior remains the same whatever the synthesis conditions or the electrodes used for electropolymerization.