Polymer Electronic Inks : Synthesis, Formulation and Processing

Encres Polymères pour l'Électronique Imprimée : Synthèse, Formulation et Impression

• Auteur / Autrice : Alizée Glasser
• Direction : Éric Cloutet, Hamid Kellay, Georges Hadziioannou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux) - Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Jean-Baptiste Salmon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Cloutet, Hamid Kellay, Georges Hadziioannou, Jean-Charles Majeste, Pascal Panizza, Sylvie Tence-Girault, Jean-François Tassin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Charles Majeste, Pascal Panizza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs polymères

Impression numérique

Encre polymère

Mots clés libres

Encre conductrice

PEDOT : polyanion

Polymère

Formulation

Synthèse

Dépôt

P(VDF-TrFE)

Encre Ferroelectrique

Conductive ink

PEDOT:polyanion

Polymer

Formulation

Synthesis

Processing

Ferroelectric Ink

P(VDF-TrFE)

Résumé

Dans ce travail, deux encres fonctionnelles pour l’électronique imprimée ont été étudiées. La première est composée d’un polymère semi-conducteur, le poly(3,4-éthylène dioxythiophène) (PEDOT), qui forme un complexe avec un polyanion isolant, le poly(4-styrène trifluorométhyl (bissulfonylimide)) (PSTFSI). Celui-ci stabilise le PEDOT dans l’eau. La deuxième encre contient un polymère piézoélectrique, le poly(fluorure de vinylidène-co-trifluoroéthylène) (P(VDF­TrFE)), dans des solvants organiques. Les propriétés rhéologiques, capillaires et de mouillage de ces encres doivent être ajustées par formulation pour les rendre imprimables par divers procédés d’impression. Les encres PEDOT ont été formulées pour l’impression jet d’encre, la sérigraphie, le dépôt avec une racle rigide (doctor blade) ou le dépôt de lignes avec une lame souple. Il a été montré qu’aucun additif n’est nécessaire pour modifier les propriétés rhéologiques de ces encres : un simple ajustement de la concentration en polymère leur permet de passer d’un comportement Newtonien à rhéofluidifiant avec des propriétés de gel. En revanche, divers additifs ont été ajoutés pour améliorer les propriétés de mouillage, d’élasticité des encres, et de conductivité des films une fois ceux-ci séchés. Les encres P(VDF­TrFE) ont été formulées pour la sérigraphie. Leur comportement newtonien a été rendu rhéofluidifiant en utilisant soit un agent gélifiant, qui modifie l’agencement du polymère en solution, soit un mélange d’un bon et d’un mauvais solvant du polymère, qui résulte en une micro­émulsion. Une fois les propriétés des films séchés étudiées, les deux types d’encres ont été employées pour créer des capteurs de pression fonctionnels.

In this work, two organic functional inks for printed electronic were studied. The first is composed of a semi-conducting polymer, poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT), in complex with an insulating polyanion, poly(4-styrene trifluoromethyl (bissulfonylimide)) (PSTFSI), which stabilizes PEDOT in water. The second ink contains the piezoelectric polymer poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF­TrFE)) in organic solvents. To be processable using a wide range of deposition processes, the rheological behaviors, wettability and capillary properties of these inks have to be adjusted. For that purpose, both types of inks were formulated. PEDOT inks were formulated for inkjet printing, screen-printing, doctor blading, and for a deposition of lines using a soft blade. No additive is necessary to modify the rheological properties of these inks: by simply tuning the concentration in polymer, their behavior go from Newtonian to shear­thinning with gel properties. Further formulations to improve the wettability, the elasticity of the inks, and the conductivity of dried films were performed. P(VDF­TrFE) inks were formulated for screen-printing using a gelifying agent, which modify the organization of the polymer in solution, or a mixture of a good and a poor solvent, which gives rise to a micro-emulsion. The Newtonian inks thereby become shear-thinning. Once the properties of the dried films were studied, both types of polymeric inks were used to create functional pressure sensors.