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Magatte N Gueye

Propriétés électriques, optoélectroniques et thermoélectriques de matériaux à base de poly (3,4-éthylènedioxythiophène)PEDOT

Publié le 18 décembre 2017
Thèse soutenue le 18 décembre 2017 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Électrochimie

Résumé :
Avec la demande sans cesse renouvelée de matériaux éco-compatibles pour l’électronique de demain, les polymères conducteurs se sont imposés comme une alternative intéressante aux matériaux déjà existants. Ils doivent leur popularité principalement à leurs propriétés électriques, optoélectroniques, thermo-chromiques, luminescentes et mécaniques, couplées à leur bonne processabilité et leur faible impact environnemental. Parmi eux, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) est certainement le plus connu est le plus utilisé. De nombreuses études se sont focalisées sur l’optimisation de sa conductivité électrique et des progrès remarquables ont été réalisés. Cependant, la compréhension fine de la relation structure/propriétés de ce matériau reste à élucider. C’est ainsi que dans le cadre de cette thèse nous avons décidé de plusieurs objectifs qui sont (1) la synthèse de PEDOT hautement conducteurs à structure contrôlée et optimisée, (2) l’étude des propriétés électriques, structurales et de transport électroniques dans ces PEDOT, (3) l’étude de leurs propriétés thermoélectriques et (4) l’étude de leur stabilité sous différentes conditions afin de valider leurs potentielles applications. Ainsi, après une revue de la littérature sur le PEDOT, nous étudions l’amélioration de la conductivité électrique du PEDOT:OTf et du PEDOT:Sulf, qui atteint dorénavant des valeurs à hauteur de 5400 S cm-1. Différentes techniques de caractérisation nous ont permis de mener une étude exhaustive de leurs propriétés électriques et structurales ainsi que des mécanismes de transport électronique qui en découlent. Nous nous sommes ensuite intéressés à deux de leurs propriétés thermoélectriques, l’effet Joule et l’effet Seebeck, le premier pour des applications en chauffage et le deuxième pour la récupération d’énergie. L’utilisation pour la première fois du PEDOT comme film chauffant flexible transparent est d’ailleurs présentée. On démontre par exemple que PEDOT:Sulf présente une résistance carrée de 57 Ω sq-1 pour 87,8 % de transparence et qu’une température de 138 °C peut être atteinte lorsqu’on applique 12 V. Cette thèse se conclut sur l’étude de la stabilité de nos matériaux de PEDOT sous différentes atmosphères ainsi que l’étude des mécanismes de dégradation.

Jury :
Président : Daniel Bellet
Rapporteur : Laurence Vignau
Rapporteur : Adam Pron
Examinateur : Renaud Demadrille
Examinateur : Alexandre Carella
Thèse dirigée par Jean-Pierre Simonato,
encadrée par Renaud Demadrille et Alexandre Carella 

Mots clés :
Matériaux thermoélectriques, PEDOT, Semiconducteurs organiques, Films épaix, Semiconducteurs polymères


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