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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Des matériaux qui se réorganisent spontanément à l’état solide

Dans le cadre de recherches sur des composés actifs pour la conversion protovoltaïque, une équipe du laboratoire Moltech-Anjou (CNRS / Université d’Angers) a développé une nouvelle famille de molécules dont les propriétés physico-chimiques évoluent spontanément à température ambiante. Les propriétés originales de cette classe de matériaux offrent des perpectives d’applications dans de nombreux domaines : capteurs, électronique transitoire, semiconducteurs organiques pour l’impression jet d’encre… Ces travaux sont parus dans la revue Adv. Mat.

 

Le contrôle des propriétés (opto)électroniques des matériaux issus de systèmes π-conjugués est un enjeu majeur pour le développement de leurs applications dans des composants (opto)électroniques, ou pour la conversion photovoltaïque. Si, à l’échelle moléculaire, ces propriétés sont régies par la composition, la taille, la topologie et la rigidité des molécules, ce sont in fine l’organisation de ces briques élémentaires ainsi que la force et la directionalité de leurs interactions qui déterminent les propriétés pertinentes des matériaux : mobilité des charges électriques, diffusion des excitons, absorption et émission de lumière. Bien que ces aspects intermoléculaires soient généralement considérés uniquement d’un point de vue statique, ces dernières années ont montré un intérêt croissant pour des phénomènes dynamiques à l’origine de propriétés telles que le piézo-chromisme, le mécano-chromisme, l’auto-cicatrisation etc…
 Dans le cadre de recherches sur des composés actifs pour la conversion photovoltaique (PV), l’équipe a développé une nouvelle famille de molécules simples à la base de matériaux dotés de propriétés remarquables. Ainsi, le composé (1) conduit à des films qui évoluent spontanément à température ambiante avec un décalage de l’absorption vers le rouge (Figure 1), tandis que la mobilité des charges est multipliée par cinquante et l’efficacité de conversion PV augmentée de 33%.

roncali

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Figure 1 : évolution spontanée du spectre d’absorption de films des composés 1 (gauche) et 2 (droite). Bleu : initial, rouge : après 20 minutes

© Jean Roncali

 

Le remplacement de ce groupe méthyle par une chaîne polyéther (2) conduit à d’autres films pour lesquels on observe le processus inverse. Ainsi, initialement amorphes et rouges, ils se décolorent en quelques minutes pour conduire à une phase cristalline dotée d’une forte intensité de  génération de second harmonique (SHG) sous irradiation laser à 800 nm.  L’écriture sur ces films à l’aide d’une pointe restaure localement la couleur rouge et la photoluminescence tandis que cette écriture s’efface ensuite spontanément en quelques minutes (Figure 2). Par ailleurs des études effectuées en solution montrent que la modification du degré d’agrégation permet de faire basculer la couleur de la photoluminescence du rouge au bleu.

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Figure 2 : gauche : décoloration/cristallisation spontanée d’un film de composé 2, écriture et génération de second harmonique (SHG).  Droite : fluorescence de solutions de composé 2 dans le THF et après agrégation partielle en présence d’eau.

© Jean Roncali

 

Les propriétés originales de cette classe de matériaux ouvrent à la fois des perpectives fondamentales considérables ainsi que des possibilités d’application dans de nombreux domaines : capteurs (pression, impacts, déformations), électronique transitoire, semiconducteurs organiques pour l’impression jet d’encre…

 

Référence

Y. Jiang, D. Gindre, M. Allain, P. Liu, C. Cabanetos, J. Roncali

A Mechanofluorochromic push-pull small molecule with aggregation-controlled linear and nonlinear optical properties

Adv. Mater. 18 juin 2015
DOI: 10.1002/adma.201501697

 

Contact chercheur 

Jean Roncali, Groupe Systèmes Conjugués Linéaires, Moltech-Anjou (Angers)

Courriel : jeanroncali@gmail.com

Tél. : 02 41 73 54 43

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

23 juin 2015

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