Projet ANR-14-CE08-0020 – SODA : Assemblages de donneurs et accepteurs auto-triés
Programme : Apport des nanosciences et nanotechnologies aux matériaux fonctionnels et biotechnologies (DS0305) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Philippe Mésini (Institut Charles Sadron)
Partenaires : IACS Indian Association for Cultivation of Science; Laboratoire public
Montant : 137552.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Partenaires : Le projet est déposé conjointement par une équipe de l’Institut Charles Sadron et par une autre de l’Indian Association for Cultivation of Science à Calcuta. La collaboration et le sujet proposé ont été initiés lors d’un séjour de 3 mois du directeur Indien en tant que professeur invité dans le labo Français. Ils feront à terme partie d'un laboratoire international associé (LIA)<
Domaine de recherche : Ce projet vise à étudier des co-assemblages de systèmes pi de type donneurs et accepteurs fonctionnalisés par des groupes donnant des liaisons H et à comprendre les paramètres qui conduisent ou non à la ségrégation.
Contexte : les co-assemblages de systèmes pi-conjugués semi-conducteurs p (donneur) et n (accepteur) sont d’une importance capitale pour leurs applications en électronique organique. Les chromophores de type donneur (D) et accepteur (A) tendent à s’empiler de façon  alternée (AD)n à cause de l’interaction de transfert de charge (CT). Cette tendance peut être contrée en les fonctionnalisant avec des liaisons H. Ainsi un des partenaires a développé des composés avec un système pi-conjugué central portant 2 groupes G donnant des liaisons H via un espaceur de longueur ajustable (G—A—G et G—D—G). Ces composés s’auto-assemblent en fibrilles. Un couple de composés A et D avec des distances entre groupes G différentes, lorsqu'on les mélange, donne des auto-assemblages ségrégés (A)n+(D)n. Cependant la structure de ces auto-assemblages est encore inconnue à cause de la rareté de données de diffraction. Quand la distance entre les groupes G est la même dans une paire, les mélanges A/D donnent tout d’abord des empilements alternés (AD)n. Ensuite, selon le solvant, ils se réorganisent en auto-assemblages ségrégés. Nous allons tirer profit de cette propriété inédite et remarquable pour comprendre à la fois la structure de ces systèmes et leur dynamique.
Objectifs : nous proposons d’étudier les auto-assemblages de dialkoxynaphtalène (DAN) et du naphtalène diimide (NDI) (resp. donneur et accepteur) fonctionnalisés. Les buts poursuivis sont :
• comprendre le rôle des liaisons H dans le mode de co-assemblage (alterné ou ségrégé) et dans la forme des assemblages résultants;
• identifier les paramètres moléculaires qui gouvernent le mode de co-assemblage ou son réarrangement (force et nombre des liaisons H);
• comprendre le rôle du solvant, en particulier en cas de réarrangement;
• optimiser les conditions pour former des films solides avec les auto-assemblages de même structure et de même propriétés photophysiques qu'en solution et y mesurer la mobilité des charges en relation avec la structure des auto-assemblages.
Méthodes : nous ferons varier les paramètres moléculaires de ces composés et les paramètres physico-chimiques (C, T, qualité du solvant) puis nous étudierons dans chaque cas la structure des auto-assemblages de A, D et de mélanges A/D.
Les distances entre les groupes G seront ajustées pour permettre l’existence des deux co-assemblages possibles, (DA)n ou les assemblages ségrégés (A)n+(D)n. Pour varier les paramètres moléculaires, on synthétisera des composées avec des urées ou des amides pour avoir des liaisons H de forces différentes ; avec 1 ou 2 groupes pour relâcher la contrainte imposée par deux liaison; avec des dendrons hydrophiles pour étudier les auto-assemblages dans l’eau.
Les structures seront étudiées ainsi : le mode de co-assemblage (alterné ou ségrégé) sera déterminé par spectroscopie UV-vis et photoluminescence ; la nature, le nombre et la force des liaisons H seront étudiés par FTIR en température variable ; l’énergie mise en jeu par toutes les interactions sera mesurée par DSC et par ITC; La forme et la taille des auto-assemblages seront mesurées par TEM et par SAXS. On formera des films minces contenant les deux types d'assemblages et on tentera de les aligner pour étudier leurs structures par diffraction électronique. Enfin on mesurera les mobilités électroniques dans ces films.