Nouveaux matériaux fluorescents nanohybrides organiques-inorganiques pour applications optoélectroniques

New fluorescent organic-inorganic nanohybrid materials for optoelectronic applications

• Auteur / Autrice : Jonathan Phelipot
• Direction : Jörg Ackermann, Olivier Margeat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM)
• Jury : Président / Présidente : Didier Gigmes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Hissler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Delpech, Johann Bouclé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluorescence

Diodes électroluminescentes

Optoélectronique

Mots clés libres

Optoelectronique

Led

Fluorescence

Nanohybrid

Fluorescence

Nanohybrid

Led

Optoelectronic

Résumé

Les matériaux émissifs jouent un rôle clé dans diverses applications telles que les LED et, pour les émetteurs organiques, le contrôle de leur morphologie dans la couche émissive par des dépôts en voie liquide reste un défi. Le développement d’émetteurs greffables, combinés à des nanoparticules inorganiques, a ouvert des possibilités pour contrôler la dispersion de ces émetteurs. Afin d'éviter l'effet d'extinction causé par l'agrégation lorsque de fortes concentrations d’émetteurs organiques sont présentes à la surface des nanoparticules, l'effet inverse: l'émission induite par l'agrégation, est prometteuse pour générer une forte émission de lumière. Dans ce cas, la forte concentration permet de geler le mouvement des molécules et de réduire les voies de désactivation non-radiatives. Même si ces nouveaux matériaux nanohybrides présentent une forte émission, l’élaboration de couches minces par voie liquide et le contrôle de la morphologie restent un défi car ces nanohybrides ont tendance à s'agréger en solution. Pour progresser vers l'élaboration de films homogènes et obtenir des LED efficaces/reproductibles, il est nécessaire de synthétiser des solutions de nanohybrides non-agrégés. Ces derniers ont ainsi été ajoutés en solution dans une matrice polymère : le PVK et l'oxadiazole, largement étudiés dans la littérature pour les OLED. Le contrôle de la lumière émise dans ces dispositifs électroluminescents se fait changeant les émetteurs greffés. En greffant ces différents émetteurs à la surface des nanoparticules, nous avons ajusté la couleur des LED. Des LED à l’émission blanc chaud, blanc froid et blanc pur ont pu être obtenues par ce procédé réalisé par voie liquide.

Light emitting materials play a key role in various applications such as LED and, for organic emitters, the control of their morphology within the emissive layer through solution processable deposition techniques remains challenging. The development of graftable emissive molecules combined with inorganic nanoparticles have opened new opportunities for controlling the emitter dispersion. In order to avoid the classical aggregation-caused quenching effect when high concentrations of organic ligands are present on nanoparticle surface, the opposite effect: aggregation-induced emission, is a promising approach to generate strong light emission. Indeed, in this case, the high concentration helps to freeze the motion of the molecules and to reduce the non-radiative deactivations. However, even though these new organic-inorganic nanohybrid materials show strong emission, their solution-processing for morphology control remains challenging as the nanohybrids suffer from a tendency to aggregate in solution. To go towards the elaboration of homogeneous thin films and efficient/reproducible LED, aggregate-free solutions of the nanohybrids have to be synthesized. Nanohybrids were thus incorporated in solution in a polymer matrix: PVK+oxadiazole, widely studied in OLED. The control of the emitted light in these electroluminescent devices was possible by changing the grafted organic emitters. By co-grafting of these different organic emitters on the nanoparticle surface, we could also finely tune the color of LED. Interestingly, warm, cold and pure white LED were achieved through this solution process, opening the way for large scale manufacturing.