Assemblage Hiérarchique de Matériaux Organiques pour l’Electronique – HOMERIC

Les processus d'auto-assemblage des copolymères sont de bons outils pour créer des matériaux avec un contrôle dimensionnel des éléments constitutifs, fournissant ainsi des fonctionnalités supplémentaires dans leur état d'assemblage macroscopique qui la plupart du temps diffèrent voire complètent celles des éléments constitutifs pris individuellement. Ces approches 'bottom-up' nous ont permis de créer des structures périodiques avec des dimensions caractéristiques, du nm (molécule) au mm (objet), qui peuvent être associées avec des méthodologies de type 'top-down' pour la préparation de systèmes plus complexes fonctionnels. En conséquence, le concept du projet HOMERIC d'organisation hiérarchique via l'auto-assemblage à différentes échelles vise à la fois des défis actuels et des verrous de l'électronique organique.

i) Des oligomères, polymères et copolymères semi-conducteurs bien définis et précisément fonctionnalisés avec différentes structures et architectures (e.g. des copolymères rigide-flexible, rigide-rigide, et flexible-flexible ou des polymères à architectures en étoile ou hyper-ramifiée, etc.) ont été synthétisés.
ii) Le développement de copolymères à blocs ainsi que les méthodologies de traitement associées pour aboutir à des modèles sans défauts pour résines lithographiques haute résolution (visant le seuil spécifique des 22nm) ont été poursuivis. L'impact industriel était la fourniture de produits et l'introduction de ces technologies aux utilisateurs finaux de microélectronique. En parallèle des copolymères originaux sont à l'étude à l'échelle du laboratoire pour atteindre les hautes résolutions.
iii) Des nouvelles encres conductrices ainsi que les procédés de formulation et d'impression ont été développés et intégrés à des dispositifs flexibles de types OLED et OPV.
iv) Des encres électrophorétiques bi-couleur ont été produites et testées dans des dispositifs de laboratoire. De plus, un premier démonstrateur bi-couleur auto-alimenté a été développé utilisant le phénomène piézoélectrique des fluoropolymères.
v) La synthèse de copolymères et terpolymères fluorés de différentes compositions a été réalisée à l'échelle industrielle selon les applications et technologies visées. En particulier, les formulations d'encres ont été optimisées pour des technologies d'impression diverses (slot die, screen printing, etc.). La première utilisation de cette nouvelle famille de polymères pour la collecte de l'énergie a été réalisée.

Globalement nous continuerons les travaux déjà engagés pour le développement des matériaux pour l'électronique organique en utilisant les concepts et les outils d'auto-assemblage. Les développements à l'échelle du laboratoire de la synthèse, la formulation et la mise en forme des nouveaux matériaux pour l'électronique organique se déplaceront vers l'intégration à l'échelle pilote pour faciliter leur introduction à l'échelle industrielle. Pour cela nous utiliserons l'infrastructure Plateforme ELORPrintTec nouvellement créée. L'intégration de ces nouveaux matériaux dans des dispositifs voire des systèmes est à l'étude avec des utilisateurs finaux. Ceci peut ou va impliquer des modifications et optimisations des synthèses et procédés mis en place.

Revues à comité de lecture :
- Sub-10nm features obtained from directed self-assembly of semicrystalline polycarbosilane-based block copolymer thin films
Adv. Mater. 2(52), 261-265 (2015)
- An alternative anionic polyelectrolyte for aqueous PEDOT dispersions: toward printable transparent electrodes
Angew. Chem. Int. Ed., 54, 8506-8510 (2015)
- Synthesis and structure-property relationship of carbazole-alt-benzothiadiazole copolymers
J. Polym. Sci.: Part A, Polym. Chem. 53, 2059-2068 (2015).
- Optimization of Magnetic Inks Made of L10-Ordered FePt Nanoparticles and Polystyrene-block-Poly(ethylene oxide) Copolymers
Langmuir, 31(24), 6675-6680 (2015);
- Low band gap semiconducting copolymer nanoparticles by Suzuki cross-coupling polymerization in alcoholic dispersed media
Macromol. Rapid Commun. (2015) accepted.

Brevets :
- Method allowing the creation of nanometric structures by self-assembly of block copolymers
WO/2015/087005 - PCT/FR2014/053279
- Process for producing thick nanostructured films obtained from a block copolymer composition
WO/2015/032904 - PCT/EP2014/068957
- Process for controlling the period of a nanostructured assemblage comprising a blend of block copolymers
WO/2015/032890 - PCT/EP2014/068928
- Method for the perpendicular orientation of nanodomains of block copolymers, using statistical or gradient copolymers, the monomers of which differ at least in part from those present in each of the blocks of the block copolymer
- Procédé de contrôle de l’énergie de surface à l’interface entre un copolymère à blocs et un autre composé
Numéro de demande : 0456-ARK62/ PRO1332
- Procédé de réduction de la défectivité d’un film de copolymère à blocs

+ 6 brevets en cours de soumission

Vulgarisation :
- Nouvelles électrodes transparentes souples, Green News Techno, N°171, 13 juillet 2015.

Le projet HOMERIC a pour but la mise en place d’un programme de recherche et de développement intégré concernant les matériaux pour l’électronique organique hiérarchiquement structurés dans une chaîne de compétences allant de la synthèse moléculaire jusqu’à la réalisation d’un prototype tout en faisant le lien entre la science fondamentale et l’innovation industrielle. Ce projet s'appuie sur un réseau local très propice à l’Université de Bordeaux, grâce notamment aux Investissements d'Avenir que sont le LabEx "AMADEus" et l’EquipEx "ELORPrintTec" et à la chaire d’excellence Arkema/Région Aquitaine portée par le coordinateur de ce projet. Le projet HOMERIC a l’ambition de développer une véritable méthodologie d’auto-assemblage multi-échelle et hiérarchisée conférant de multiples fonctionnalités et permettant l’amplification des propriétés visées. Pour ce faire, il faudra mettre en place les outils de synthèses donnant accès à des briques de bases macromoléculaires multi-fonctionnelles organiques aussi bien définies que possible. Le concept de hiérarchisation vise quatre défis scientifiques inhérents à l’Electronique Organique : i) le développement de matériaux et de procédés de lithographie de haute résolution (circuits imprimés de technologie inférieure à 22nm), grâce à l’utilisation de de l’auto-assemblage dirigé de copolymères à blocs ; ii) le développement d’encres conductrices imprimables pour la fabrication d’électrodes transparentes à base de matériaux carbonés, proposant ainsi une alternative sérieuse à l’ITO et/ou aux dispersions de PEDOT :PSS ; iii) en ce qui concerne les écrans électrophorétiques (une technologie d’affichage réflective et peu couteuse basé sur des dispersions de particules chargées électriquement), le développement d’encres bicolores industrialisables à grande échelle ainsi que l’innovation vers des vrais pixels à quatre couleurs ; iv) le développement de matériaux organiques ferrotroniques combinant les polymères semi-conducteurs et ferroélectriques pour la conversion de l’énergie solaire. Tous ces sujets d'études seront traités en parallèle de manière systématique depuis le design moléculaire jusqu'au contrôle de l'édifice hiérarchisé en passant par la compréhension des relations structures-propriétés et des interactions entre les différentes fonctionnalités (électronique/ferroélectrique, électronique/ ionique …). Force est de constater que les recherches académiques entreprises jusqu'ici dans ces différentes thématiques souffrent d'un manque de maturité et ne permettent donc pas un transfert technologique vers l'industrie. La Chaire Industrielle HOMERIC propose de relever ce défi pour faire émerger les technologies de l'électronique organique en s'appuyant fortement sur l'approche scientifique fondamentale qui crée de l'innovation et en étant conscient au côté de notre partenaire privilégié Arkema des contraintes industrielles et commerciales. Le transfert des connaissances inhérent à ce projet s’accompagnera de dépôts de brevets et visera aussi l’exploitation des licences par des start-ups et/ou autres partenaires industriels. En conséquence, nous ambitionnons de mettre en place un véritable environnement de recherche mutualisé avec tous les outils permettant le développement à grande échelle des matériaux pour l’électronique organique et le transfert des connaissances acquises vers les futurs techniciens et ingénieurs du domaine. Dans cet environnement chaque partenaire pourra trouver les outils et l’expertise requis pour le développement d’applications en électronique organique. Par ailleurs, des programmes d’enseignements dédiés et des écoles d’été seront développés tout au long du projet.
En conclusion, l’émergence des industries de l’électronique organique étant imminente, la Chaire industrielle HOMERIC propose de répondre de manière précise et efficace aux défis de l'électronique organique en s'attaquant aux matériaux.