Etude de nouveaux copolymères dérivés de PPV et PVK et leurs nanocomposites pour des applications en électronique organique

A Study of a new copolymer derived from PPV and PVK and its nanocomposite for organic electronic applications

• Auteur / Autrice : Mohamed Mbarek
• Direction : Jean-Luc Duvail, Kamel Alimi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques
• Jury : Président / Présidente : Muriel Hissler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Duvail, Kamel Alimi, Muriel Hissler, Mehrez Oueslati
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Muriel Hissler, Mehrez Oueslati

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères

Nanofils

Nanotubes de carbone

Photoluminescence

Mots clés libres

Nanocomposite

Modélisation DFT

Polyvinyl-barbazole PVK

Polyphénylène-vinylène PPV

Résumé

La recherche de nouveaux matériaux exploitables comme couche active efficace dans les dispositifs en électronique organique connait un grand essor. Au cours de cette thèse, un nouveau copolymère à base de poly(vinylcarbazole) (PVK) et de poly(phénylène-vinylène) (PPV) a été synthétisé et étudié. Le choix du PVK et du PPV s’explique par leurs comportements optiques et optoélectroniques que nous avons voulu intégrer au sein d’un copolymère. Synthétisé par voie oxydative à l’aide de FeCl3 puis réduit, le succès de la synthèse a été mis en évidence notamment par RMN et par spectroscopies IR et Raman. Les propriétés optiques du copolymère déterminées par spectroscopie d’absorption et de photoluminescence stationnaire et transitoire s’avèrent assez proches de celles du PPV, suggérant un mécanisme de type donneur-accepteur. Afin d’établir la relation structure-propriété et les transferts de charges au sein du copolymère, une exploration de la structure chimique et électronique du copolymère a été effectuée par modélisation ab initio à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Celle-ci a permis d’établir une structure modèle dont les propriétés optiques reproduisent le comportement expérimental de manière satisfaisante. Ce copolymère a ensuite été combiné à des nanotubes de carbone mono-feuillets (SWCNTs) pour élaborer un nanocomposite. L’étude de ces propriétés optiques a permis de mettre en évidence les interactions entre chaînes de copolymère et nanotubes de carbone. Enfin, le comportement de photoluminescence de nanofils à base de PPV et de PVK en mélange ou en géométrie coaxiale a été déterminé.

In this work, an original copolymer based on poly(vinylcarbazole) (PVK) and poly(phenylene-vinylene) (PPV) was synthesized and studied. These two polymers were chosen due to their attractive optical and optoelectronic properties in order to address some challenges of Organic Electronics. An oxidative method using FeCl3 was used for the synthesis. The resulting copolymer was characterized by NMR and optical spectroscopies (IR, Raman). Its optical properties were determined by absorption, stationary and time-resolved photoluminescence spectroscopy. Its emission, quite similar to the PPV one, suggests a donor-acceptor mechanism. In order to determine the relation between structure and properties, as well as the charge transfers within the copolymer, an investigation of its chemical and electronic structure was done by using ab initio modeling with DFT calculation. A model structure was proposed, that gives a reasonable agreement with the experimental optical features. In addition, a nanocomposite combining this copolymer and single wall carbon nanotubes (SWCNTs) was prepared and its optical features determined. Alternatively, the photoluminescence of PPV and PVK based nanowires in a mixing or in a coaxial geometry was investigated.