Conception de nouveaux matériaux conducteurs extensibles à base de multicouches de polyélectrolytes sur support silicone

Conception of new stretchable conducting materials based on polyelectrolyte multilayers on silicon substrate

• Auteur / Autrice : Christine de Saint-Aubin
• Direction : Marie-France Vallat, Pierre Schaff, Michel Nardin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 20/09/2013
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Schaff, Michel Nardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Polysaccharides

Polymérisation sous plasma

Polyélectrolytes

Composites

Mots clés libres

Multicouches

Polyélectrolytes

Méthode 2-en-1

PEDOT-PSS

Électronique déformable

Polymérisation plasma EDOT

Polysaccharides

Biomatériaux

Multilayers

Polyelectrolytes

2-in-1 method

PEDOT-PSS

Stretchable electronics

EDOT plasma polymerization

Polysaccharides

Biomaterials

Résumé

Cette thèse propose tout d’abord une méthode originale, appelée 2 en 1, de construction contrôlée, couche-par-couche, de films de polyélectrolytes, basée sur le dépôt d’un unique complexe polycation-polyanion. Détaillée dans le cas du poly(éthylènedioxythiophène)-poly(styrènesulfonate) PEDOT-PSS, la méthode est ensuite étendue avec le même succès à d’autres complexes (poly(éthylèneimine) branché-poly(4 styrènesulfonate), poly(diallyldiméthylammonium)-poly(4 styrènesulfonate) et poly(allylamonium)-poly(4 styrènesulfonate)).Les films 2 en 1 de PEDOT PSS sont robustes vis-à-vis d’un recuit thermique et possèdent une conductivité électronique indépendante de leur épaisseur. Cette conductivité peut être améliorée en utilisant un composite contenant des nanoparticules d’or Au Np PEDOT PSS. Des superstructures alternant dépôts de PEDOT PSS et de composite ont, en outre, pu être construites.La construction est contrôlée non seulement sur des substrats rigides (verre, wafer de silicium) mais également sur des substrats élastomère de type silicone (polydiméthylsiloxane PDMS). Le traitement du PDMS par polymérisation plasma d’EDOT sous vide permet le dépôt subséquent de films 2 en 1 de PEDOT PSS. Par ailleurs, la pulvérisation cathodique d’or sur le PDMS permet d’obtenir des conducteurs étirables, de surcroît utilisables comme substrats de films 2 en 1 de PEDOT PSS.Enfin, de nouveaux complexes aqueux synthétisés par voie chimique à partir d’EDOT et d’un polysaccharide (sulfate de chondroïtine A) ont conduit à des films présentant une très bonne conduction qui peut être augmentée par inclusion de nanoparticules d’or. Ces nouveaux composés sont porteurs d’un potentiel très prometteur.

This thesis proposes firstly an original method, called 2 in 1 method, for controlled, layer-by-layer, polyelectrolytes film buildup, based on the deposition of a sole polycation-polyanion complex. Detailed on the case of poly(ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS), the method was then extended with the same success to other complexes (branched poly(ethyleneimine)-poly(4 styrenesulfonate), poly(diallyldimethylammonium)-poly(4 styrenesulfonate) and poly(allylamonium)-poly(4 styrenesulfonate)).The 2 in 1 PEDOT PSS films are robust regarding thermal annealing and have an electronic conductivity independent of their thickness. This conductivity can be improved by using a composite containing gold nanoparticles Au Np PEDOT PSS. Superstructures alternating PEDOT PSS and composite depositions were also obtained.Film buildup is controlled not only on rigid substrates (glass, silicon wafer) but also on elastomeric substrates of the silicon type (polydimethylsiloxane PDMS). The treatment of PDMS by vacuum plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of EDOT allows subsequent deposition of 2 in 1 PEDOT-PSS films. Besides, gold sputter deposition on PDMS reaches stretchable conductors. Gold sputtered PDMS can further act as a substrate for 2 in 1 PEDOT-PSS films.Finally, new aqueous complexes, chemically synthesized from EDOT and a polysaccharide (chondroitin sulfate A), lead to films which exhibit a very good conduction, which can be improved by the inclusion of gold nanoparticles. These new complexes are very promising in the field of conductive biomaterials.