Institut Charles Sadron Event

Les matériaux polymères conducteurs électriques font partie des matériaux polymères fonctionnels à haute valeur ajoutée pour de multiples applications émergentes, en particulier dans le domaine de l’électronique souple (capteurs, transistors organiques, composants optoélectroniques organiques, diodes électroluminescentes organiques, supercapaciteurs souples, batteries souples, nanogénérateurs piezoélectriques et triboélectriques, etc…) [242]. Certaines réalisations ont aussi évolué vers des échelles de maturité supérieures avec de nombreuses applications industrielles intéressantes comme le chauffage par effet Joule ou l’isolation/blindage électromagnétique [243]. A l’heure actuelle, cette dynamique s’étend au secteur de la plasturgie via les technologies émergentes de la fabrication additive et de la plastronique. Cependant, de nombreux verrous concernant les polymères conducteurs actuellement disponibles doivent être levés, notamment en termes de coût matière, de performances électriques résultantes, de processabilité à l’état fondu ou encore d’adhésion à divers supports. Les matériaux polymères conducteurs électriques (ou polymères électro-conducteurs) reposent sur deux grandes familles. La première, qui est de loin la plus répandue à l’heure actuelle, consiste à disperser diverses charges conductrices (principalement noir et/ou nanotubes de carbone ou particules métalliques) par extrusion dans une matrice polymère. De nombreuses solutions commerciales basées sur cette méthode sont aujourd’hui disponibles cependant les conductivités maximales restent relativement modestes (de l’ordre de 0,1 S/cm) [244]. La seconde famille est celle des polymères intrinsèquement conducteurs via une délocalisation électronique le long de leur chaine carbonée (famille des polyanilines, des polypyrrols ou encore des polythiophènes). Récemment, l’un de ces polymères intrinsèquement conducteurs, le poly(3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT a permis d’atteindre des niveaux de conductivité électrique proche des métaux (de l’ordre de 5000 S/cm) à tel point que l’on parle de métaux organiques [102]. Cependant, le PEDOT est un polymère infusible et ne peut donc pas être mis en oeuvre facilement par les techniques conventionnelles de l’industrie de la plasturgie (moulage par injection, extrusion ou encore impression 3D). Pour contourner cet inconvénient, la stratégie mise en oeuvre au cours de cette thèse est d’utiliser le PEDOT comme charge conductrice organique en le dispersant dans une matrice thermoplastique par extrusion à l'état fondu pour obtenir des composites thermoplastiques conducteurs. Pour cela, une polymérisation oxydative de l’EDOT a été réalisée afin d’obtenir le PEDOT sous la forme d’une fine poudre conductrice, qui a ensuite été redispersée dans une matrice thermoplastique par extrusion. Deux optimisations ont alors été réalisées en place en parallèle : celle de la charge conductrice (conductivité, morphologie, etc …) et celle de sa dispersion au sein de la matrice thermoplastique. La phase d’optimisation de la charge s’est en partie caractérisée par la réalisation d’une polymérisation oxydative supportée du PEDOT à la surface de sépiolites (qui est une argile qui se présente sous la forme de bâtonnets) afin d’obtenir des particules de PEDOT conductrices à haut facteur de forme, préférées pour l’obtention d’un seuil de percolation le plus bas possible. De nombreuses caractérisations ont également été mises en oeuvre (SEM, TEM, rhéologie, tomographie, DRX, XPS, …) afin de comprendre au mieux le lien entre structure et propriétés du matériau. Finalement, le matériau final obtenu est un composite thermoplastique PEO (Polyéthylène Oxyde) / PEDOT présentant des conductivités électriques de l’ordre de 101 S.cm-1, supérieures d’environ 2 décades aux matériaux composites conducteurs disponibles commercialement.