Faculté des sciences

Organisation supramoléculaire de fullérodendrimères liquides-cristallins en phases colonnaires et application aux dyades fullerène-oligophénylènevinylène pour la conception de cellules photovoltaïques organiques

Lenoble, Julie ; Deschenaux, Robert (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2007 ; 1922.

Ce travail de thèse présente la synthèse et l’étude des propriétés liquides-cristallines thermotropes de différents fullérodendrimères et fulléro-codendrimères présentant des phases colonnaires. L’influence de différents facteurs sur l’organisation supramoléculaire est étudiée et l’application de ces connaissances à la synthèse de dyades fullerène –... Plus

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    Résumé
    Ce travail de thèse présente la synthèse et l’étude des propriétés liquides-cristallines thermotropes de différents fullérodendrimères et fulléro-codendrimères présentant des phases colonnaires. L’influence de différents facteurs sur l’organisation supramoléculaire est étudiée et l’application de ces connaissances à la synthèse de dyades fullerène – oligophénylènevinylène liquides-cristallines est décrite dans le dernier chapitre de ce travail qui est divisé en quatre parties : Dans la première partie, des méthanofullerènes mixtes contenant un dendrimère poly(benzyléther) et un dendrimère poly(arylester) ont été synthétisés. Leurs propriétés liquides-cristallines, qui ont été étudiées par POM, DSC et XRD, ont été comparées à celles de fulléropyrrolidines mixtes contenant les deux mêmes dendrimères. Dans les deux familles, les fullérodendrimères présentent des phases colonnaires lorsque la génération du dendrimère poly(benzyléther) est supérieure à celle du dendrimère poly(arylester); par contre, des phases smectiques sont obtenues lorsque la génération du dendrimère poly(benzyléther) est égale à celle du dendrimère poly(arylester). Si les homologues dans ces deux familles présentent le même type de phase (colonnaire ou lamellaire), le nombre et la symétrie des phases obtenues et/ou les paramètres de maille sont différents. Dans la deuxième partie, deux familles de fulléro-codendrimères mixtes contenant un dendrimères poly(benzyléther) et un dendrimère poly(arylester) ont été synthétisées. Dans le but d’observer un polymorphisme lamellaire et colonnaire, le dendrimère poly(arylester) est fonctionnalisé par des unités cyanobiphényles et le rapport entre le nombre de chaînes aliphatiques et le nombre d’unités cyanobiphényles est égal à 2. L’un des composés synthétisés présente effectivement le polymorphisme espéré. En plus d’une phase smectique A à basse température et d’une phase colonnaire rectangulaire à haute température, ce composé passe par un système intermédiaire qui est soit un mélange de phases (Colr + SA), soit une phase smectique segmentée, pour laquelle un modèle d’organisation supramoléculaire a été proposé sur la base des résultats obtenus par DSC et par XRD. Un autre composé ne présente que ce système intermédiaire. Dans la deuxième famille, le dendrimère poly(arylester) porte des chaînes alkyles à la place des unités cyanobiphényles. Ces composés, qui ne présentent aucune mésophase, ont permis de confirmer l’importance des unités cyanobiphényles dans la formation des phases colonnaires des fulléropyrrolidines et des méthanofullerènes présentés dans la première partie de cette thèse, confirmant ainsi les modèles d’organisation proposés au sein des phases colonnaires. Dans la troisième partie, l’influence de différents espaceurs sur l’organisation de fulléropyrrolidines ne portant qu’un dendrimère poly(benzyléther) a été étudiée et il a été possible de démontrer que la flexibilité de cet espaceur est primordiale pour la formation d’une mésophase. La génération du dendrimère influence la symétrie de la phase colonnaire formée (G2 : rectangulaire c2mm; G3 : hexagonale p6mm). Des composés chiraux ont également été synthétisés (G2 : non mésomorphe; G3 : hexagonale p6mm) et les études sur une éventuelle chiralité macromoléculaire sont en cours. Dans la dernière partie, des dyades fullerène – OPV contenant un dendrimère poly(benzyléther) ont été synthétisées. Les dyades contenant une unité OPV indépendante du dendrimère n’ont pas présenté de mésophases. Par contre, lorsque l’unité OPV est intégrée au dendrimère, la dyade présente une mésophase non-identifiée. Des études de transferts d’électrons doivent permettre de déterminer le potentiel d’une telle dyade dans la conception de cellules PV organiques et l’influence de l’organisation des molécules sur le transfert des charges.