Un nouveau polymère conjugué repousse les limites de la détection des gaz toxiques

Les polymères ont gagné en importance dans des applications telles que l’électronique portable en raison de leur flexibilité et de leur légèreté, mais leur faible conductivité électrique constitue un inconvénient majeur. Bien que de nombreux efforts de recherche aient été déployés pour améliorer la conductivité, il existe encore des limitations techniques, telles que la nécessité d’utiliser des solvants nocifs et la dégradation des performances dans des environnements extrêmes.

L’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé qu’il avait mis au point une méthode de synthèse de polymères basés sur des conducteurs mixtes ion-électron grâce à une recherche menée en collaboration avec le Dr Jang Ji-soo du Centre de recherche sur les matériaux électroniques du KIST et le professeur Mingjiang Zhong de l’université de Yale, aux États-Unis. Cette recherche permet de surmonter les limites des conducteurs polymères existants et attire l’attention en tant que technologie innovante pouvant contribuer au développement de la prochaine génération de capteurs chimiques à haute performance.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont introduit des groupes pendants ioniques dans la structure du polymère afin de synthétiser des polymères conjugués qui peuvent facilement se dissoudre dans des solvants respectueux de l’environnement plutôt que dans des solvants toxiques. Les polymères présentent notamment des performances élevées en matière de détection de gaz dans des processus respectueux de l’environnement et peuvent maintenir des performances stables à des températures élevées et dans des environnements humides. Cette avancée technologique ouvre la voie à des applications dans les appareils portables, les appareils électroniques portatifs et d’autres appareils électroniques qui peuvent fonctionner de manière fiable dans des environnements extrêmes.

Au centre de cette recherche se trouve le développement d’un polymère conjugué basé sur l’ionisation et soluble dans un solvant respectueux de l’environnement (le 2-méthylanisole). Alors que les polymères conducteurs classiques nécessitent généralement des solvants toxiques pour être dissous, le nouveau polymère améliore considérablement la conductivité électrique en liant des espèces ioniques et des porteurs de charge électroniques. En introduisant des anions (TFSI-) et des cations (IM+) dans le polymère pour augmenter la densité et la mobilité des porteurs de charge, l’équipe a maximisé la conductivité et la stabilité.

Le polymère conducteur de type n mis au point par les chercheurs, le N-PBTBDTT, a montré une très grande sensibilité dans la détection de gaz nocifs tels que le dioxyde d’azote (NO2). La sensibilité pour la détection du NO2 atteignait 189 % et la capacité de détection était élevée même à une très faible concentration de 2 ppb. Ces performances dépassent celles des technologies de détection conventionnelles, et le polymère s’est également avéré très résistant dans des environnements à forte humidité (80 %) et à des températures élevées (jusqu’à 200 °C). Cela permet une détection stable des gaz dans une variété d’environnements extrêmes, et devrait être largement appliqué aux dispositifs portables et aux capteurs industriels.

« Les capteurs mis au point dans le cadre de cette recherche vont au-delà des simples capteurs chimiques et peuvent apporter des changements révolutionnaires dans diverses applications », a déclaré le Dr Jang Ji-soo du KIST.

« Il peut notamment servir de matériau de sauvetage pour les personnes qui travaillent dans des environnements extrêmes, comme les pompiers qui doivent détecter les gaz nocifs sur les lieux d’incendie et les soldats qui sont exposés à des armes chimiques en temps de guerre » ont conclu Junwoo Lee et le Dr Juncheol Shin, premiers auteurs de l’étude.

Légende illustration : Ji-Soo Jang, Mingjiang Zhong et leurs collaborateurs présentent des conducteurs ioniques-électroniques mixtes polymères, constitués de monomères chargés avec des groupes pendants de type liquide ionique, qui non seulement présentent une solubilité dans des solvants respectueux de l’environnement, mais aussi une stabilité à long terme contre l’humidité, les températures élevées et les déformations mécaniques. Les espèces ioniques immobilisées favorisent les interactions hautement sélectives de ces polymères avec le dioxyde d’azote, ce qui ouvre la voie au développement de dispositifs de détection extensibles capables de fonctionner à des températures exceptionnellement élevées. Extrait de la couverture Advanced Functional Materials – Crédit : Institut coréen des sciences et technologies

Article : « Covalently Merging Ionic Liquids and Conjugated Polymers: A Molecular Design Strategy for Green Solvent-Processable Mixed Ion–Electron Conductors Toward High-Performing Chemical Sensors » – DOI: 10.1002/adfm.202408146

Source : KIST – Traduction Enerzine.com