Élaboration de copolymères fonctionnels absorbant dans le proche infrarouge

Elaboration of functional copolymers absorbing in the near infrared region

• Auteur / Autrice : Adèle Gapin
• Direction : Christine Dagron-Lartigau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Polymères
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Clément Cabanetos, Paul D. Topham

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux hybrides

Polymères conjugués

Mots clés libres

Polymères conjugués

Polymères à faible bande interdite

Matériaux hybrides

Copolymères à blocs rigide-flexible

Conjugated polymers

Low band-gap polymers

Hybrid materials

Rod-coil block copolymers

Résumé

De nos jours, les matériaux organiques absorbant dans la région du proche infrarouge ont trouvé un terrain fertile dans une variété d'applications et ont contribué de manière significative à l'amélioration des dispositifs optoélectroniques, de la bioimagerie, de la biodétection et des thérapies biomédicales. Le développement de polymères à faible bande interdite retient particulièrement l'attention car leurs bandes interdites réduites conduisent à des propriétés optiques et électroniques intéressantes. La fonctionnalisation de ces polymères conjugués en bout de chaînes ouvre la voie au développement de matériaux hybrides susceptibles d'améliorer les performances des dispositifs optoélectroniques. En outre, les copolymères à blocs rigide-flexible intégrant des polymères à faible bande interdite sont désormais accessibles et pourraient fournir une plus large absorption de la lumière, une meilleure solubilité, ainsi que des propriétés d'auto-assemblage. Dans ce contexte, l'objectif de nos travaux a été de développer des matériaux innovants à base de polymères à faible bande interdite absorbant dans le domaine spectral 650-1000 nm afin d'obtenir des matériaux actifs dans la région proche infrarouge. Nous avons synthétisé un nouveau matériau hybride en greffant un polymère à faible bande interdite sur des nanosphères de ZnO via la technique de grafting onto. Nous avons conçu et préparé des copolymères à blocs rigide-flexible intégrant un bloc à faible bande interdite via deux méthodes de synthèse. Le premier copolymère est composé d'un bloc flexible aux propriétés filmogènes que nous prévoyons d'utiliser comme additif dans l'élaboration de photodétecteurs infrarouges organiques. Le second copolymère présente un bloc flexible biocompatible et hydrophile afin d'obtenir des nano-objets hydrosolubles aux propriétés photothermiques.

Nowadays, organic materials absorbing in the near infrared region have found fertile ground in a variety of applications and have significantly contributed in improving optoelectronic devices, bioimaging, biosensing, and biomedical therapies. The development of low band-gap polymers draw particular attention since their reduced bandgaps determine interesting optical and electronic properties. The end-functionalization of these conjugated polymers paves the way to the development of hybrid materials which could improve the performances of optoelectronic devices. Furthermore, rod-coil block copolymers incorporating low band-gap polymers are reachable and could provide broader light absorption, better solubility, as well as self-assembly properties. In this context, the objective of our work was to develop innovative materials based on low band-gap polymers absorbing in the spectral range 650-1000 nm in order to obtain active materials in the near infrared region. We synthesized a new hybrid material by grafting a low band-gap polymer onto ZnO nanospheres via the grafting onto technique. We designed and prepared rod-coil block copolymers involving a low band-gap block via two synthetic method. The first copolymer was based on the use of a coil block with filmogenic properties which we plan to employ as additive in the elaboration of organic infrared photodetectors. The second copolymer was based on the use of a hydrophilic biocompatible coil block in order to obtain water soluble nano-objects with photothermal properties.