Le graphène, matériau du XXIe siècle, attire depuis son isolation en 2004 l'attention de chercheurs et d'industriels du monde entier. Ses propriétés électriques, mécaniques ou optiques en font un candidat de choix pour le remplacement de matériaux coûteux et de plus en plus rares. Les nanoparticules d'argent utilisées dans les encres conductrices en sont un parfait exemple. La production à grande échelle de capteurs imprimés pour l'Internet des objets pose d'importants défis économiques et écologiques. Le remplacement de l'argent, coûteux, rare et toxique pour les milieux aquatiques, par le graphène, est une solution potentielle. Des encres de graphène sont déjà vendues à travers le monde, mais la mise à l'échelle de telles encres se heurte à un problème de taille : la production du graphène. Parmi les différentes stratégies disponibles, l'exfoliation en phase liquide du graphite (LPE) est l'une des plus attrayantes. La LPE permet d'obtenir du graphène à partir de graphite, matériau abondant et peu coûteux. L'utilisation d'ultrasons pour générer les forces d'exfoliation est la technique la plus utilisée. Le graphène est ensuite stabilisé soit par les interactions avec le solvant, soit à l'aide de molécules stabilisatrices. Néanmoins, la LPE n'est pas une solution parfaite, et plusieurs défis sont encore à relever. Parmi eux, le fait que les solvants permettant la stabilisation du graphène sont toxiques et possèdent de hauts points d'ébullition, ce qui diminue son attrait pour les industries. Les molécules stabilisatrices, comme des tensioactifs ou des polymères, permettent la réalisation de la LPE dans l'eau, mais ces molécules sont souvent isolantes et réduisent les propriétés de conductivité électrique des encres. La solution qui est explorée au cours de cette thèse est l'utilisation de polymères π-conjugués hydrosolubles pour stabiliser le graphène. Ces matériaux peuvent être conducteurs grâce à des mécanismes de dopage et peuvent donc en théorie stabiliser le graphène sans réduire l'efficacité des encres. L'objectif de cette thèse était donc de synthétiser des polymères π-conjugués hydrosolubles et de les exploiter pour stabiliser le graphène produit par LPE du graphite. Le choix a été fait d'intégrer l'azulène, une molécule possédant un dipôle intrinsèque comme unité principale pour la synthèse de copolymères. Le mécanisme de dopage et les conductivités élevées rapportés pour les copolymères d'azulène en font un choix attrayant d'un point de vue pratique et scientifique. / Graphene, the material of the 21st century, has attracted the attention of researchers and industries worldwide since its isolation in 2004. Its electrical, mechanical, and optical properties make it a preferred candidate for replacing expensive and increasingly scarce materials. Silver nanoparticles used in conductive inks are a perfect example. The large-scale production of printed sensors for the Internet of Things poses significant economic and ecological challenges. Replacing silver, which is costly, rare, and toxic to aquatic environments, with graphene is a potential solution. Graphene inks are already produced globally, but scaling up such inks faces a significant hurdle: graphene production. Among the various available strategies, liquid-phase exfoliation of graphite (LPE) is one of the most attractive. LPE allows the production of graphene from abundant and inexpensive graphite. Using ultrasound to generate exfoliation forces is the most commonly used technique. Graphene is then stabilized either by interactions with the solvent or with stabilizing molecules. However, LPE is not a perfect solution, and several challenges remain. One such challenge is that the solvents used for graphene stabilization are toxic and have high boiling points, reducing their appeal to industries. Stabilizing molecules, such as surfactants or polymers, enable LPE in water, but these molecules are often insulating, reducing the electrical conductivity properties of inks. The solution explored in this thesis involves using water-soluble π-conjugated polymers to stabilize graphene. These materials can be conductive through doping mechanisms and, in theory, can stabilize graphene without compromising the efficiency of inks. The objective of this thesis was to synthesize water-soluble π-conjugated polymers and utilize them to stabilize graphene inks through LPE of graphite. The decision was made to incorporate azulene, a molecule with an intrinsic dipole, as the main unit for copolymer synthesis. The doping mechanism and high conductivities reported for azulene copolymers make them an attractive choice both practically and scientifically.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/151967 |
| Date | 03 October 2024 |
| Creators | Chamelot, Guillaume |
| Contributors | Morin, Jean-François |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxii, 239 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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