PEDOT hautement conducteurs : synthèse, stabilité, propriétés mécaniques et dispositifs électrothermiques transparents

Les polymères conducteurs présentent des propriétés de conduction électrique, une flexibilité et une facilité de mise en œuvre qui ont permis leur intégration dans de nombreux dispositifs organiques comme les diodes électroluminescentes et les cellules photovoltaïques. Cette thèse s’est concentrée sur le développement et l’étude de polymères hautement conducteurs à base de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) ou PEDOT, comme le PEDOT:PSS (contre-ion polystyrène sulfonate), le PEDOT:OTf (contre-ion triflate) et le PEDOT:Sulf (contre-ion sulfate). Dans une première partie, le mécanisme de polymérisation du PEDOT:OTf ainsi que les facteurs environnementaux influençant le procédé ont été étudiés en détails afin de stabiliser les performances électriques de ces matériaux. Un contrôle fin de la quantité d’eau présente lors de la polymérisation a permis d’obtenir des films présentant une conductivité électrique allant jusqu’à 6045 S/cm. Dans un deuxième temps, la stabilité de ces films de PEDOT en couches minces (de l’ordre quelques dizaines de nanomètres) a été étudiée sous différents stress environnementaux. Les UV (entre 290 et 400 nm), en présence d’eau ou d’oxygène, sont responsables de fortes dégradations des propriétés électriques de ces PEDOT. Différentes encapsulations, telles que des films de PEN (polynaphtalate d’éthylène) ou des systèmes monocouches et bicouches d’oxydes métalliques (Al2O3, ZnO, TiO2) déposées par SALD (spatial atomic layer deposition), ont été testées afin de pallier la dégradation des performances électriques sous simulateur solaire. Les encapsulations les plus efficaces permettent de limiter la dégradation des films de PEDOT d’un facteur 4 en moyenne après 1000h de vieillissement. Enfin, dans une dernière partie, les propriétés mécaniques, notamment de conformabilité et d’étirabilité de ces PEDOT, ont été étudiées. Des actionneurs électrothermiques transparents à base de PEDOT et de PDMS ont permis d’illustrer leur conformabilité et permettent d’envisager l’utilisation de ces matériaux dans le domaine de la robotique souple. Des mesures d’étirement sur substrat élastomère (SEBS, polystyrène-b-poly(éthylène-butylène)-b-polystyrène) ont démontré l’étirabilité intrinsèque des PEDOT:OTf et PEDOT:Sulf jusqu’à 30% d’élongation. L’ajout d’un liquide ionique a permis d’augmenter l’étirabilité de ces films jusqu’à 50 %. Les excellentes propriétés de conduction électriques, de transparence et d’étirabilité de ces PEDOT ont rendu possible la fabrication d’un patch de thermothérapie fonctionnel.