Etude physico-chimique par des méthodes computationnelles des propriétés structurales et optoélectroniques des polymères, oligomères et nano-systèmes π-conjugués à base de thiophène

Abstract

L’évolution et la croissance rapide de la science et des technologies requièrent le développement et la conception de nouveaux matériaux de plus en plus performants. Depuis l’arrivée des polymères organiques électroniques possédant des structures Л-conjuguées, de nombreux polymères et oligomères aromatiques ont vu le jour. Ces matériaux continuent aujourd’hui de susciter un grand intérêt pour les chercheurs du domaine. Cet intérêt provient surtout du fait que ces matériaux combinent à la fois les excellentes propriétés électriques et optiques des métaux aux propriétés mécaniques des polymères classiques. Ils sont légers, malléables et moins couteux que les matériaux traditionnels tels que les verres et les métaux. Puisque ces nouveaux matériaux organiques offrent de nombreux avantages comparativement aux semi-conducteurs inorganiques, ils pourraient bientôt les remplacer dans les dispositifs électroniques comme les cellules photovoltaïques, les fenêtres électrochrome, les revêtements antistatiques, les diodes électroluminescentes (DEL) et les transistors organiques à effet de champ (TOEC). Dans de sens, les polymères conjugués à base de thiophène constituent un spectre de matériaux de premier choix puisqu’ils possèdent des propriétés optoélectroniques grandissantes et facilement modulables. Ces derniers dépendent fortement aussi bien de la topologie et la structure électronique que la conjugaison d’où l’utilisation de l’approche essentiellement computationnelle dans notre démarche prédictionnelle. Ce travail s’inscrit donc dans la volonté d’étudier les relations structures-propriétés en vue de la compréhension de la physicochimie de ces matériaux. Le premier chapitre de ce mémoire développe une étude bibliothèque concernant les principaux polymères conjugués, les différents modes d’obtention et l’apport de la chimie théorique pour la résolution des structures, des propriétés électroniques ainsi que leurs applications. Dans un second chapitre, les polymères solubles ont été obtenus et caractérisés. Une étude théorique vient compléter cette étude expérimentale, le choix de la méthode (B3LYP) et de la base 6-31 G (d) utilisée est justifié. Le comportement conformationnelles et les propriétés géométriques sont discutés. Un mécanisme réactionnel de polymérisation est proposé en accord avec les données spectroscopiques et théoriques. Le troisième chapitre et le quatrième chapitre traitent l’étude des propriétés conformationnelles et optoélectroniques des oligothiophénes (2T à 8T) et des oligothiophénes pontés par différents groupements. Les résultats de cette étude ont permis de dégager des informations intéressantes sur la structure, les propriétés électroniques et la réduction de la bande Egap des composés étudiés. A la lumière de ces résultats, nous avons proposé des oligothiophénes modèles prometteurs pour des applications en optoélectronique. Les matériaux organiques étudiés sont potentiellement intéressants pour la réalisation des dispositifs électroniques et optoélectroniques et peuvent être qualifiés de matériaux futur.