Dans ce travail, une nouvelle méthode de synthèse de nanoparticules semi-conductrices d'InP a été étudiée. La synthèse permet d'obtenir des particules d'InP dans une matrice de sel EMI+I-. L'étude par diffraction des rayons X de l'échantillon InP/EMI+I- n'a pas permis de bien distinguer les pics correspondant à l'InP de ceux du sel EMI+I-. La taille des cristallites évaluée à partir du pic principal est d'environ 88 nm. Ces cristallites pourraient correspondre aussi bien à l'InP qu'au sel EMI+I-. L'analyse par MEB a permis de visualiser des particules ayant des tailles de 0,5 µm à 2,5 µm. D'autre part, l'analyse par AFM révèle la coexistence de grains plus fins et plus larges, allant de quelques nanomètres (4 à 5 nm) jusqu'à des centaines de nanomètres. Ce résultat a été attribué au phénomène d'agglomération des particules lors de l'étape de séchage. L'analyse EDX sur ces particules indique la présence d'indium, d'oxygène et parfois de phosphore. Ce résultat suggère que la particule originaire InP a été oxydée, favorisant la formation des oxydes d'indium et de phosphore. Le rapport atomiqne In/P est de 1,6/1 (excès d'indium). Les oxydes de phosphore sont très volatils sous l'effet des températures élevées, ce qui entraînerait la perte de phosphore. Cependant, l'analyse de la composition chimique de surface par XPS révèle la présence de l'indium, qui pourrait provenir de l'InP ou de l'oxyde In₂O₃ et/ou de l'hydroxyde In(OH)₃. Par ailleurs, le phosphore est dans sa forme oxydée (liaison P-O). Les analyses RMN ¹H et RMN ³¹p ont permis d'examiner les protons et les phosphores détectés dans les échantillons précurseur-InP/TOPO, InP/TOPO/EMI+I- et InP/EMI+I-, analysés en solution. InP/EMI+I- manifeste un seul pic en RMN ³¹p, à 45.52 ppm. Ce signal a été attribué au phosphore dans sa forme InP, car c'est seul le composé de phosphore pouvant être formé à partir des produits de départ. À partir des résultats d'absorption, une valeur d'énergie de bande interdite de 3,82 eV a été calculée. Cette valeur est proche de celle rapportée pour l'oxyde In₂O₃ (Eg= 3,75 eV). Les mesures de photoluminescence ne démontrent pas l'existence de pics d'émission bien résolus. Le phénomène de «quenching» du sel enrobant l'InP pourrait contribuer à cet effet, en plus de l'effet d'oxydation de l'InP. Aussi, dans ce travail, nous nous intéressons à la fabrication de dispositifs émetteurs dans le bleu contenant des polymères conjugués avec et sans l'ajout des nanoparticules inorganiques de type CdSe/ZnS ou InP. Une diode polymère émettant dans le bleu a été fabriquée à partir des composantes suivantes: une anode transparente verre-ITO, une cathode métallique en aluminium recouverte de LiF et deux couches de polymères, soit le PEDOT:PSS, une couche d'injection de trous, et le PFO, une couche émettrice de lumière (émission dans le bleu, λmax = 444 nm). Le traitement de la surface d'ITO par plasma est important pour son rôle d'injecteur de trous. Les performances des diodes polymères dépendent essentiellement de la concentration de la couche PFO émettrice. Les meilleurs résultats sont obtenus avec les diodes hybrides à base de polymère PFO et de nanoparticules CdSe/ZnS. Avec un taux d'incorporation de 20 wt.% CdSe(ZnS), l'efficacité lumineuse de la PLED hybride ITO/PEDOT:PSS/PFO(10 mg/ml): 20% wt. CdSe(ZnS)//LiF/A1 est de 0,70 cd/A; cette valeur est deux fois supérieure à celle de la PLED à base de PFO seul (0,34 cd/A). La diode hybride de configuration ITO/PEDOT:PSS/PFO:InP(EMI+I-)/LiF/A1 ne présente pas de propriétés d'émission, ce qui a été lié au phénomène de "quenching" causé par l'enveloppe EMI+I- qui entoure les nanoparticules d'InP et/ou à l'effet d'oxydation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Synthèse colloïdale, Nanoparticules d'InP, PLED, Diodes hybrides, Polymères conjugués, Semi-conducteurs inorganiques.

Les nanostructures organiques constituent un domaine d'étude très actif qui concerne potentiellement de nombreuses nanotechnologies. A l'interface Matériaux et Nanophysique, nous avons élaboré et étudié des nanofils hybrides polymère-métal en géométrie coaxiale. Cette géométrie permet notamment de profiter du renfort mécanique du coeur en métal pour pallier la faible tenue mécanique des nanofibres de polymères. Les nanofils élaborés ont un coeur en Nickel et une gaine en polyphénylvinylène (PPV), polymère photoluminescent. Nous avons également synthétisé des nanofils coaxiaux Polyméthylmetacrylate (PMMA) /PPV. La fabrication de ces nanofils combine les techniques d'imprégnation et de dépôt électrochimique à l'intérieur de nanopores (méthode template). La structure coaxiale de type coeur-gaine de ces nano-objets a été montrée par les techniques de microscopie électronique. Les effets physiques induits par la morphologie de ces nanofils coaxiaux (échelle nanométrique et structure coeur-gaine) sur leurs propriétés magnétiques et d'émission optique sont étudiés. L'examen des propriétés optiques révèle un décalage vers le bleu de la photoluminescence attribué à la nature tubulaire des nanofibres de PPV. La synthèse du coeur métallique engendre une perte importante de luminescence dont l'origine est discutée. Ces nanofils hybrides montrent un comportement ferromagnétique avec un axe de facile aimantation orienté suivant l'axe des nanofils. La manipulation magnétique et le transfert sur substrat de ces briques élémentaires multifonctionnelles ont été réalisés.

The performance and life time of organic solar cells are critically dependent on the properties of active layer materials and device interfaces. In this manuscript, we developed new organic-inorganic hybrid materials to create intimate contact between donor and acceptor phases and facilitate the interfacial electronic charge transfer through the device. First, the synthesis of versatile triethoxysilane-terminated poly(3-hexylthiophene) P3HT for direct anchoring (grafting-onto) in one step procedure to various metallic oxides was reported. Electro-optical analysis showed an efficient charge transfer from the polymer to nanoparticles; suggesting that these materials are suitable candidates for photovoltaic application. In the second part, we demonstrate for the first time the elaboration of low band gap polymer brushes on metallic oxide surfaces via surface initiated step growth polymerization (grafting-through). In both cases, a higher grafting density, better packing of polymer chains and enhanced optical properties were observed due to the grafting methodology and polymer characteristics. Finally, P3HT brushes were elaborated on indium tin oxide surface (ITO) as hole transporting layer of organic solar cells. Photovoltaic performances showed that P3HT self-assembled monolayer (SAMs) could be promising alternatives to PEDOT:PSS. / Les performances et la durée de vie des cellules solaires organiques sont fortement dépendantes de la qualité des matériaux de la couche active et des interfaces dans le dispositif. Dans ce manuscrit, nous avons développé des nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques pour favoriser le contact entre les matériaux donneur/accepteur d’électrons et ainsi faciliter le transfert de charges à travers le dispositif. Tout d'abord, la synthèse de poly(3-hexylthiophène) P3HT fonctionnalisé par le triéthoxysilane a permis le greffage direct (« grafting-onto ») sur des oxydes métalliques. L’analyse des propriétés électro-optiques montre un transfert de charge efficace du polymère aux nanoparticules; ce qui suggère que ces matériaux sont des candidats potentiels pour l'application photovoltaïque. Dans la deuxième partie, nous avons montré pour la première fois, l’élaboration de brosses de polymères dits à faible bande interdite sur des surfaces d’oxydes métalliques par la technique « grafting-through ». Une densité de greffage élevée, un meilleur empilement des chaines de polymères et des propriétés optiques améliorées ont été obtenus grâce à la technique de greffage et aux caractéristiques du polymère greffé. Enfin, des brosses de P3HT ont été élaborées sur la surface d’oxyde d'indium et d’étain (ITO) en tant que couche de transport de trous de cellules solaires organiques. Les performances photovoltaïques ont montré que les monocouches auto-assemblées de P3HT (SAM) peuvent être une alternative au PEDOT: PSS.

Ce travail de thèse comporte un volet Matériaux qui s'insère dans une thématique Nanomatériaux/ Nanocomposites et un volet propriétés optiques relevant de la Nanophysique. Nous avons adressé les effets de nanostructuration d'un polymère conjugué semi-conducteur sur ses propriétés d'émission optique : le poly(p-phénylène vinylène) (PPV). Deux types de nanostructuration sont mis en oeuvre : l'élaboration de films minces nanocomposites polymère / nanotubes de carbone (NTC) ; l'élaboration de nanofibres. Les films minces nanocomposites PPV/NTC sont préparés par “drop-casting” pour diverses concentrations de NTC et dilutions du précurseur du PPV. Leurs propriétés optiques se trouvent fortement modifiées par ces différents paramètres. L'effet sur la photoluminescence de l'interaction entre chaînes de polymère et les NTC est discuté. Les nanofibres de PPV sont élaborées par une méthode d'imprégnation de membranes nanoporeuses. Selon les conditions de synthèse, deux types de morphologie sont obtenus : nanofils ou nanotubes. Des propriétés de photoluminescence très différentes selon la morphologie nanofil-nanotube sont mises en évidence. Ainsi, pour les nanotubes de PPV, le rendement quantique d'émission est fortement renforcé et une nouvelle bande d'émission proche de 450 nm apparaît, présentant un déclin très lent. L'ensemble des résultats de photoluminescence est interprété et discuté à l'aide d'un travail théorique visant à décrire la structure moléculaire et supramoléculaire de ces nanostructures en terme de distribution de segments conjugués (effets intrachaîne/interchaîne, taille des segments). Il s'appuie sur un modèle phénoménologique et sur des calculs de chimie quantique moléculaire.

Ce mémoire porte sur une étude multi-échelles des propriétés structurales et électroniques de systèmes pi-conjugués dopés et non dopés. La première partie est consacrée à une étude comparative entre la polyaniline et un oligomère modèle, la tétraaniline, tous deux dopes par HCl. Elle est essentiellement basée sur l'utilisation de méthodes de dynamique de spin qui permettent de sonder le mouvement des porteurs de charge (polarons) par leur spin : 1/ la RMN : mesure du temps de relaxation nucléaire longitudinal T1 en fonction de la fréquence, 2/ la RPE : mesure de la largeur de raie en fonction de la température et de l'oxygène adsorbé. Ces études ont permis de démontrer l'existence d'un comportement métallique de la conductivité microscopique dans le polymère, non présent dans le tétramère. Ce résultat tranche le débat existant sur l'origine de l'élargissement de la raie RPE du polymère à haute température. D'autre part, il apparaît que la conductivité microscopique est quasi-1D dans les deux composes, mais nettement plus élevée dans le polymère. Le processus d'auto-organisation de polymères π-conjugués non dopés, les poly(3-alkylthiophènes) regio-reguliers, est étudié dans la seconde partie par microscopie a effet tunnel. Sur des monocouches de poly(3-héxylthiophène) et de poly(3-dodécylthiophène) déposées sur graphite (HOPG), nous avons montré que la structuration a plusieurs échelles (zones organisées/zones amorphes, taille des nanocristallites, défauts ponctuels, repliements,...) dépend des paramètres de dépôt et de post dépôt. Enfin, les premières études de spectroscopie tunnel 2D ont permis de sonder les propriétés électroniques du poly(3-dodécylthiophène).

Ce projet de thèse consistait à synthétiser de nouveaux bio-conjugués Lipide-Polymère fluorescents émettant dans le rouge lointain, composés d'une chaîne polymère portant à la fois de nombreux chromophores en position latérale et un lipide en extrémité de chaîne. La structure de ces bio-conjugués est basée sur des copolymères poly(N-acryloylmorpholine-co-N-acryloxysuccinimide), hydrophiles, réactifs, modulables et d'architecture contrôlée obtenus par le procédé RAFT. Les copolymères réactifs ont ensuite été utilisés pour le couplage, en position latérale, de chromophores émettant dans le rouge lointain. La stratégie utilisée pour la synthèse des bio-conjugués se divise en trois étapes : la synthèse d'Agents de Transfert de Chaîne (ATC) fonctionnalisés avec un lipide suivant un protocole déjà décrit suite à des travaux de notre équipe, et dont les étapes de purification ont été améliorées afin d'obtenir des ATC les plus purs possible (90% de pureté molaire) ; l'utilisation de ces ATC fonctionnels pour la synthèse de polymères α fonctionnels, et enfin, le couplage covalent, rapide et efficace, de chromophores en position latérale. Il a été mis en évidence que les ATC lipidiques permettent un très bon contrôle de la copolymérisation des monomères NAM et NAS. L'utilisation de la composition azéotropique pour ce couple de monomère permet également d'obtenir des chaînes polymère de microstructure très contrôlée et présentant des valeurs de Mn comprises entre 5 900 et 33 200 g.mol-1. Les propriétés optiques des bio-conjugués ont été déterminées, ce qui a permis de mettre en évidence que ces propriétés, et notamment le rendement quantique de fluorescence, sont très sensibles à la structure des bio-conjugués synthétisés. Tous les bio-conjugués présentent des brillances améliorées (jusqu'à 13 000 M-1.cm-1 dans l'eau et 50 0000 M-1.cm-1 dans CHCl3) par rapport à celle du chromophore. La capacité des bio-conjugués à interagir avec les bicouches lipidiques a été mise en évidence à travers l'utilisation de systèmes modèles (SUVs, LUVs et GUVs). Enfin, les évaluations biologiques réalisées ont montré à la fois une absence de cytotoxicité des bio-conjugués et une capacité de ces derniers à être internalisés rapidement (< 10 min) au sein de différentes lignées de cellules vivantes.

Ce projet de thèse consistait à synthétiser de nouveaux bio-conjugués Lipide-Polymère fluorescents émettant dans le rouge lointain, composés d’une chaîne polymère portant à la fois de nombreux chromophores en position latérale et un lipide en extrémité de chaîne. La structure de ces bio-conjugués est basée sur des copolymères poly(N-acryloylmorpholine-co-N-acryloxysuccinimide), hydrophiles, réactifs, modulables et d’architecture contrôlée obtenus par le procédé RAFT. Les copolymères réactifs ont ensuite été utilisés pour le couplage, en position latérale, de chromophores émettant dans le rouge lointain. La stratégie utilisée pour la synthèse des bio-conjugués se divise en trois étapes : la synthèse d’Agents de Transfert de Chaîne (ATC) fonctionnalisés avec un lipide suivant un protocole déjà décrit suite à des travaux de notre équipe, et dont les étapes de purification ont été améliorées afin d’obtenir des ATC les plus purs possible (90% de pureté molaire) ; l’utilisation de ces ATC fonctionnels pour la synthèse de polymères α fonctionnels, et enfin, le couplage covalent, rapide et efficace, de chromophores en position latérale. Il a été mis en évidence que les ATC lipidiques permettent un très bon contrôle de la copolymérisation des monomères NAM et NAS. L’utilisation de la composition azéotropique pour ce couple de monomère permet également d’obtenir des chaînes polymère de microstructure très contrôlée et présentant des valeurs de Mn comprises entre 5 900 et 33 200 g.mol-1. Les propriétés optiques des bio-conjugués ont été déterminées, ce qui a permis de mettre en évidence que ces propriétés, et notamment le rendement quantique de fluorescence, sont très sensibles à la structure des bio-conjugués synthétisés. Tous les bio-conjugués présentent des brillances améliorées (jusqu’à 13 000 M-1.cm-1 dans l’eau et 50 0000 M-1.cm-1 dans CHCl3) par rapport à celle du chromophore. La capacité des bio-conjugués à interagir avec les bicouches lipidiques a été mise en évidence à travers l’utilisation de systèmes modèles (SUVs, LUVs et GUVs). Enfin, les évaluations biologiques réalisées ont montré à la fois une absence de cytotoxicité des bio-conjugués et une capacité de ces derniers à être internalisés rapidement (< 10 min) au sein de différentes lignées de cellules vivantes. / The aim of this study is to synthesize new far-red emitting fluorescent Lipid-Polymer conjugates, consisting of a polymer chain bearing both multiple fluorophores in lateral position and a lipid at one chain-end. These conjugates are based on an hydrophilic, reactive, flexible and controlled poly(N-acryloylmorpholine-co-N-acryloxysuccinimide) copolymer synthesized by the RAFT process. Multiple far-red emitting fluorophores were bound on the reactive copolymer in lateral position. The strategy used in this study consists of three different steps: Chain Transfer Agents (CTA) functionalized with a lipid were synthesized following a protocol already described in our team, the purity of these CTA was improved (90% molar purity); the use of these CTA for the synthesis of α functional polymers, and finally, the very efficient covalent binding of fluorophores in lateral position. We showed that the lipid-CTA enable a very good control of the NAM/NAS copolymerization. The azeotropic composition enables the synthesis of polymer chains with a controlled composition and with Mn values varying from 5 900 to 33 200 g.mol-1. The optical properties of the bio-conjugates were determined, and we showed that these properties (the fluorescence quantum yield especially) are structure sensitive. All of them show an improved brightness (13 000 M-1.cm-1 in water and 50 000 M-1.cm-1 in CHCl3) compared to the brightness of the free fluorophore. The ability of the bio-conjugates to interact with lipid bilayers was proved using model systems (SUVs, LUVs and GUVs). Finally, biological evaluations showed both an absence of cytotoxicity and an ability of the conjugates to be quickly internalized in leaving cells (< 10 min).