Optimisation des propriétés diélectriques de copolymères à base de PVDF : étude de la formulation d’encres et optimisation de procédés d’impression

Optimizing the dielectric response of PVDF-Based Copolymer Films : insights from ink formulation and printing process optimization

• Auteur / Autrice : Jean-David Isasa
• Direction : Georges Hadziioannou, Guillaume Fleury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 21/02/2024
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Annie Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Kellay
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Barrau, Eric Dantras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscosité

Encre polymère

Ferroélectricité

Polymères

Mots clés libres

Polymères

Ferroélectricité

Impression

Viscosité

Polymers

Ferroelectricity

Printing

Viscosity

Résumé

Les polymères fluorés fortement polaires tels que le P(VDF-TrFE) sont des matériaux émer-gents dans le domaine de l'électronique organique flexible en raison de leurs nombreuses appli-cations en tant qu'actionneurs, capteurs ou récupérateurs d'énergie. En raison de la forte polarité des liaisons C-F, une orientation dipolaire coopérative dans les domaines cristallins peut être in-duite et est principalement responsable des propriétés électroactives de ces polymères. Le dépôt de ces matériaux en films minces peut être réalisé par impression ou déposition par voie liquide, offrant une méthode de mise en oeuvre polyvalente et évolutive pour la production de couches hautement fonctionnelles. Néanmoins, la mise en oeuvre de telles couches dans des dispositifs pratiques est directement liée aux propriétés rhéologiques des encres électroactives qui déter-minent les régimes d'impression conduisant à des couches électroactives stables et fonction-nelles. Dans cette étude, nous avons évalué le comportement viscoélastique de solutions de P(VDF-TrFE) et P(VDF-TrFE-CTFE) pour des solvants de polarité différente, allant du régime dilué au régime concentré. À partir de ces mesures, nous avons extrait, en utilisant une approche basée sur des lois d’échelles, plusieurs paramètres polymère-solvant fortement dépendants de la com-position du polymère et de la polarité du solvant. Des mesures complémentaires de diffusion de la lumière ont également corrélé les changements de conformation du polymère avec l'affinité polymère-solvant extraite de l'analyse rhéologique. Enfin, nous avons examiné l'impact de la for-mulation des encres sur la fabrication de dispositifs organiques à base de PVDF par la méthode de sérigraphie afin d'établir une corrélation entre les paramètres rhéologiques de l'encre et la résistance au claquage par court circuits pendant les cycles de polarisation. Ainsi, cette étude fournit une compréhension approfondie de l'influence de la solvatation du polymère sur les ré-gimes d'impression afin d'obtenir des couches électroactives de haute performance.

Highly polar fluorinated polymers such as P(VDF-TrFE) are emerging materials in the field of flex-ible organic electronics because of their numerous applications as actuators, sensors, or energy harvesters. Due to the high polarity of C-F bonds, cooperative dipole orientation in crystalline domains can be induced and are primarily responsible for the electroactive properties of these polymers. The processing of these materials into thin films can be performed by solution printing or casting, offering a versatile and scalable method for the production of highly functional layers. Nevertheless, the implementation of such layers in practical devices is directly related to the rhe-ological properties of the electroactive inks that determine the printability regimes leading to stable and functional electroactive layers.In this study, we evaluated the viscoelastic behavior of P(VDF-TrFE) and P(VDF-TrFE-CTFE) solu-tions for solvents of different polarity, ranging from the dilute to the concentrated regime. From these measurements, we extracted using a scaling approach several polymer-solvent parameters that are highly dependent on the polymer composition and solvent polarity. Complementary light scattering measurements further correlated the polymer conformational changes with the poly-mer-solvent affinity extracted from the rheological analysis. Finally, we examined the impact of the ink formulation on the fabrication of PVDF-based organic devices by the screen-printing method in order to establish a correlation between the rheological parameters of the ink and the resistance to breakdown during the polarization cycles. Therefore, this study provides a deeper understanding on the influence of the polymer solvation on the printability regimes in order to obtain high performance electroactive layers.