Une étude montre que des polymères synthétiques modifiés améliorent la conductivité

Lois Yoksoulian

Une nouvelle étude représente une avancée significative dans le positionnement des polymères synthétiques comme alternative aux minéraux coûteux et non durables utilisés dans la fabrication de dispositifs tels que les conducteurs, les transistors et les diodes.

Ces polymères nouvellement ajustés, développés par les professeurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign Ying Diao et Joaquín Rodríguez López en collaboration avec Jean-Luc Brédas de l’Université de l’Arizona, John Reynolds de Georgia Tech et Dali Sun de l’Université d’État de Caroline du Nord, possèdent des propriétés spéciales rendues possibles par une chiralité contrôlée et un dopage chimique.

La chiralité, qui peut résulter d’une torsion persistante de la structure principale d’un polymère, est l’une des stratégies de la nature pour construire la complexité. Un avantage de la chiralité est qu’elle permet aux matériaux de canaliser efficacement l’électricité en transportant des électrons avec la même direction de spin — ou état quantique. Le dopage, l’ajout de produits chimiques pour améliorer les performances, est longtemps utilisé pour améliorer la conductivité dans les semi-conducteurs ; cependant, la recherche et le développement dans le dopage des molécules semi-conductrices à base de polymères ont pris du retard.

« Nous avons été très surpris de découvrir que la chiralité structurelle, qui jusqu’à présent n’était pas considérée comme un paramètre pertinent pour le dopage, améliore significativement la réaction chimique qui contrôle le dopage dans les polymères« , explique la chercheuse, qui est professeur de génie chimique et biomoléculaire à l’Illinois.

En laboratoire, les chercheurs ont pu tordre les polymères en utilisant diverses techniques de traitement par solvant, le faisant de manière contrôlée tout en mesurant la conductivité des polymères. 

« Dans nos recherches précédentes, une chiralité accrue s’est avérée nuisible à la mobilité des charges« , précise Ying Diao. « C’est parce qu’une telle torsion a causé une plus grande localisation des charges, réduisant leur capacité à se déplacer librement à travers le matériau, ce qui a diminué la mobilité et la conductivité globale.« 

Cependant, les résultats actuels révèlent un renversement surprenant : après dopage du polymère, une chiralité accrue conduit à une conductivité plus élevée.

L’équipe de Ying Diao et de Rodríguez López affirme qu’elle est incertaine sur la manière et la raison pour laquelle cela se produit. Le mécanisme principal proposé — que la chiralité influence le spin des électrons pour améliorer la conductivité pendant le dopage, reste une hypothèse.

« D’autres études sont nécessaires pour clarifier les processus exacts en jeu lorsque la chiralité ajuste la conductivité dans les polymères dopés, et pour que cela passe aux technologies commerciales, nous aurons besoin de recherches et de validations supplémentaires« , souligne Ying Diao. « Notre objectif pour les travaux futurs sera de prouver scientifiquement le mécanisme que nous avons hypothétisé et d’explorer les utilisations pratiques de ce phénomène.« 

Zhuang Xu et Peisen Qian de l’Illinois, Shamil Sajev de l’Arizona et Yoji Nabei de l’Université d’État de Caroline du Nord ont été les principaux auteurs juniors de l’étude.

Article : Supramolecular chirality largely modulates chemical doping of conjugated polymers – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : Illinois UC