Projet ANR-13-BS10-0014 – GAMBIT : Greffage covAlent de Molécules photo-actives sur nanotubes de carbone BIfeuilleTs
Programme : Blanc - SIMI 10 - Nanosciences (Blanc SIMI 10)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Matthieu PAILLET (Laboratoire Charles Coulomb)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier; Institut Charles Sadron; Laboratoire Charles Coulomb; Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux
Montant : 423760.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Greffage covAlent de Molécules photo-actives sur nanotubes de carbone BIfeuilleTsLe projet Gambit vise à évaluer la pertinence des nanotubes de carbone bifeuillets (DWNT) fonctionnalisés par des molécules ou macromolécules photo-actives pour l’élaboration de nanostructures hybrides innovantes.
Evaluer la pertinence des nanotubes de carbone bifeuillets fonctionnalisés par des molécules ou macromolécules photo-actives pour l’élaboration de nanostructures hybrides innovantesUn des objectifs amont de ce projet est l’exploration des propriétés physiques des nanotubes bifeuillets (DWNTs). Le cœur du projet est l’élaboration et l’étude des propriétés structurales, vibrationnelles, optiques et optoélectroniques de systèmes hybrides à base de DWNTs fonctionnalisés de manière covalente par des molécules ou macromolécules optiquement actives. Cette approche vise à combiner de manière synergique les propriétés remarquables des nanotubes de carbone (principalement de transport électrique et thermique) à celles des systèmes organiques parmi lesquelles l’adaptabilité de leurs caractéristiques optiques et leur sélectivité ultime comme récepteurs chimiques ou biologiques. Les molécules élaborées sont greffées de manière covalente sur la couche externe – sacrificielle – de DWNT tandis que la couche interne et ses propriétés sont totalement préservées. De plus, ce projet cible la réalisation de dispositifs nanoélectroniques hybrides électro- et photo-stimulables et repose sur la fonctionnalisation de nanotubes bifeuillets intégrés dans des dispositifs hybrides de type FET.
Synthèse de molécules photoactives et fonctionnalisation covalente de la paroi externe de nanotubes bifeuillets - Etude des propriétés physiques en couplant différentes techniques expérimentalesCe projet propose une approche fondamentale alliant ingénierie moléculaire et macromoléculaire, fonctionnalisation de surface, élaboration de composants à base de nanotubes bifeuillets, caractérisations multi-techniques et études combinant mesures spectroscopiques, électriques et opto-électroniques.
Résumé de la soumission : Le projet Gambit vise à évaluer la pertinence des nanotubes de carbone bifeuillets (DWNT) fonctionnalisés par des molécules ou macromolécules photo-actives, pi-conjuguées, pour l’élaboration de nanostructures hybrides innovantes.Cette approche vise à combiner de manière synergique les propriétés remarquables des nanotubes de carbone (principalement de transport électrique et thermique) à celles des systèmes organiques parmi lesquelles l’adaptabilité de leurs caractéristiques optiques et leur sélectivité ultime comme récepteurs chimiques ou biologiques. Dans ce projet les molécules seront élaborées puis greffées de manière covalente sur la couche externe – sacrificielle – de DWNT tandis que la couche interne et ses propriétés seront totalement préservées. Les systèmes pi-conjugués photo-actifs seront de deux types : polymères et systèmes moléculaires constitués d’un enchaînement de motifs donneurs et accepteurs dont les niveaux HOMO et LUMO peuvent être modulés. Les propriétés électroniques et les substituants fonctionnels de ces derniers seront conçus et ajustés par design moléculaire dans le but d’apporter les nouvelles fonctionnalités visées au système hybride. La fonctionnalisation covalente sera réalisée par la méthode bien connue de décomposition thermique d’un diazonium. Une nouvelle stratégie de greffage covalent sera utilisée : elle met en œuvre des réactions de couplage organométalliques dont la versatilité, la sélectivité et l’efficacité ont été démontrées par des résultats préliminaires. Après avoir caractérisé par des méthodes spectroscopiques l’existence de transferts photo-induits entre le système pi-conjugué et le nanotube, les nanotubes bifeuillets fonctionnalisés seront intégrés dans des dispositifs de type transistor à effet de champ dont les caractéristiques opto-électroniques seront mesurées. Les corrélations entre les caractéristiques des systèmes hybrides et leurs propriétés seront appréhendées via une approche multi-techniques, séquentielle et itérative.Ce projet propose donc une approche fondamentale alliant ingénierie moléculaire et macromoléculaire, fonctionnalisation de surface, élaboration de composants à base de nanotubes bifeuillets, caractérisations multi-techniques et études combinant mesures spectroscopiques, électriques et opto-électroniques.
Résultats : La première phase du projet a consisté en : l’élaboration des échantillons de DWNTs (poudres et dispositifs FET), la mise en place des méthodes de fonctionnalisation, la synthèse des molécules/polymères, la mise en place des méthodes de caractérisation et d’études des propriétés physiques des DWNTs et des systèmes hybrides.
Perspectives : La seconde phase sera centrée sur les études physiques des systèmes hybrides en particulier par photoconductivité spectrale. Au cours de cette phase, un aller-retour entre design moléculaire et caractéristiques physiques est envisagé afin de démontrer la polyvalence de l’approche.
Publications et brevets : D.I. Levshov et al., “Interlayer Dependence of G-Modes in Semiconducting Double-Walled Carbon Nanotubes”, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 119(40), 23196-23202 (2015)