Des monomères, oligomères et polymères fluorés pour les dispositifs électroniques organiques

Aperçu

L’élément essentiel dans les dispositifs électroniques organiques comme les dispositifs électroluminescents, les transistors à effet de champ et les piles solaires organiques est le matériau semi-conducteur organique. Or, pour qu’il fonctionne comme on le souhaite et manifeste les propriétés désirées, ce matériau doit être fabriqué, vérifié et optimisé avec grand soin.

Les polymères conjugués fluorés présentent divers avantages en tant que matériaux semi-conducteurs : ils haussent la tension du circuit des dispositifs photovoltaïques quand il est ouvert, se détériorent moins vite et accroissent la mobilité du porteur de charge. Malheureusement, les monomères fluorés capables d’arracher des électrons avec force sont peu nombreux. En outre, la technique existante par laquelle on ajoute des atomes de fluor à une molécule organique est complexe : la synthèse traverse de nombreuses étapes et les conditions très rigoureuses conduisant à une réaction pourraient ne pas convenir à de nombreux groupes organiques ayant pour propriété de capter des électrons.

Plus simple, la technologie proposée par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) permet d’ajouter deux atomes de fluor à l’anneau aromatique des matériaux organiques semi-conducteurs pour la production de composés, d’oligomères et de polymères fluorés. Les dérivés bifluorés du matériau organique semi-conducteur permettent de régler plus finement la largeur de bande interdite et les niveaux d’énergie, d’augmenter la mobilité du porteur, de hausser la tension du circuit ouvert, d’accroître la résistance à l’oxydation et de stabiliser les polymères dans les dispositifs électroniques organiques.

Transfert de technologie

Cette technologie pourrait être exploitée sous licence ou perfectionnée dans le cadre d’un accord de collaboration en recherche avec le CNRC. Prière de mentionner le numéro d’identification 12199 en faisant référence à cette possibilité d’affaires.

Applications commerciales

La technologie à la base de cette innovation présentera un intérêt particulier pour ceux qui aimeraient fabriquer des polymères conjugués bifluorés stables, destinés à une gamme de dispositifs optoélectroniques comme les piles solaires et les diodes électroluminescentes organiques (DELO).

Fonctionnement

Depuis quelques années, on recourt de plus en plus aux dispositifs électroniques organiques dans le commerce, notamment sous la forme de dispositifs électroluminescents, de transistors à effet de champ et de piles solaires organiques. Ces dispositifs sont tous principalement constitués d’un matériau semi-conducteur organique. La structure chimique du matériau organique doit être soigneusement contrôlée et optimisée pour garantir son rendement énergétique, sa stabilité, sa densité semi-conductrice, sa solubilité, la mobilité du porteur et d’autres propriétés.

En tant que matériau semi-conducteur organique, les polymères conjugués fluorés présentent plusieurs avantages sur les polymères conjugués qui ne le sont pas, eu égard aux propriétés précitées. Malheureusement, il existe très peu de monomères fluorés dotés du pouvoir prononcé d’arracher les électrons, principalement à cause de l’incompatibilité des méthodes de fluoration et de leur impact sur les groupes organiques qui captent les électrons.

Très peu de techniques permettent d’ajouter des atomes de fluor à une molécule organique. En plus d’être laborieuses, les deux les plus couramment employées supposent une synthèse complexe, à multiples étapes, nécessitant des conditions très difficiles pour qu’il y ait réaction, conditions qui pourraient ne pas convenir à de nombreux groupes organiques.

La technologie proposée répond au besoin de nouveaux matériaux organiques semi-conducteurs fluorés, se caractérisant par de meilleures propriétés électroniques et pouvant donc être utilisée dans les dispositifs électroniques organiques. Grâce à elle, il est possible d’introduire deux atomes de fluor dans l’anneau aromatique des monomères appropriés, servant de précurseurs aux composés monomères, aux oligomères et aux polymères fluorés.

Les dérivés bifluorés des matériaux organiques semi-conducteurs obtenus de la sorte présentent de meilleures propriétés électroniques, y compris un réglage plus fin de la largeur de bande interdite et des niveaux d’énergie, des porteurs plus mobiles, une tension supérieure du circuit ouvert, une meilleure résistance à l’oxydation et une stabilité accrue. Les polymères résultants serviront de couche active dans les dispositifs électroniques organiques tels les capteurs optiques et les piles solaires.

Avantages

Les monomères, les oligomères et les polymères fluorés créés grâce à cette invention se caractérisent par des propriétés plus intéressantes pour de nombreuses applications des dispositifs électroniques organiques. Au nombre de celles-ci, mentionnons une largeur de bande interdite et des niveaux d’énergie plus fins, une meilleure mobilité du porteur, une tension plus élevée du circuit ouvert et une résistance accrue à la détérioration par l’oxydation.

Brevets

NRC file 12199 : http://www.google.com/patents/WO2011060526A1?cl=en

En attente de brevet au Canada, aux É.-U. et en Europe

Renseignements

Michael Davison, Relations avec les clients
Téléphone :  613-998-9414
Courriel : Michael.Davison@nrc-cnrc.gc.ca

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