Nanostructures hybrides polymères photoactifs - nanotubes de carbone mono et bi-feuillets

Photoactive polymer – carbon nanotubes hybrid nanostructures

• Auteur / Autrice : Felipe Wasem Klein
• Direction : Pierre Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 28/01/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Annick Loiseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laure Biniek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annick Loiseau, Stéphane Campidelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de charge

Liaisons covalentes

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Nanotubes

Mots clés libres

Polymères semi-conducteurs

Nanotubes de carbone

Spectroscopie

Agrégats

Transfert d'énergie

Transistors à effet de champs

Photocourant

Semi-conducting polymers

Carbon nanotubes

Spectroscopy

Aggregates

Energy transfer

Field-effect devices

Photocurrent.

Résumé

L’objectif de cette thèse est la préparation de matériaux hybrides polymères conjugués (P3HT et un copolymère dérivé) - nanotubes de carbone, ainsi que leur caractérisation par des méthodes spectroscopiques et par microscopie électronique. Des nanohybrides non-covalents sont obtenus par la sonication des deux composants dans le THF. L’interaction entre ces composants entraîne l’enroulement du polymère autour des nanotubes ainsi que la formation d'agrégats de polymère sur leur surface. L’effet de différents paramètres, tels que la masse molaire du polymère, ont été étudiés. Des nanohybrides covalents sont obtenus en utilisant un copolymère portant une aniline au bout de la chaîne alkyle. Les spectroscopies optique et Raman suggèrent un faible taux de fonctionnalisation ainsi qu’une conformation plus désordonnée des chaînes de polymères par rapport aux nanohybrides non-covalents. Des études préliminaires montrent que le copolymère peut fonctionnaliser aussi des dispositifs à base de nanotubes de carbone. Le bas taux de fonctionnalisation ne permet pas de conclure sur la modification des propriétés électroniques, mais les défauts induits permettent l’observation d’un photocourant.

The objective of this thesis is the preparation of conjugated polymers (P3HT and a derivated copolymer) – carbon nanotubes hybrid materials and their characterization through different spectroscopies and transmission electron microscopy. Non-covalent nanohybrids can be obtained by sonicating both components together in THF. The interaction between both components leads to the wrapping of the polymer around the carbon nanotubes as well as the formation of polymer aggregates on the surface of the nanotubes. The effect of different parameters such as the polymer chain length are described. Covalent nanohybrids can be obtained using a specially designed copolymer bearing an aniline at the end of its side chain. Optical and Raman spectroscopies indicate a low level of functionalization, and suggest that the polymer chains are in a more disordered state compared to non-covalent nanohybrids. Preliminary studies show that the obtained copolymer can be used for functionalizing carbon nanotube based devices. Modification of electrical properties of the devices were small and compatible with the low functionalization degree, but the induced defects allow observation of a photocurrent.