Polymère conducteur
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2008-07-14T02:17:31Z
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[[Image:Polymelanin.png|thumb|300px|right|La [[mélanine]], un [[polymère]] conducteur]]
Le plupart des [[polymère]]s organiques produits sont d'excellents isolants électriques. Les '''polymères conducteurs''', presque toujours organiques, possèdent des liens délocalisés (souvent dans un groupe aromatique) qui forment une structure similaire à celle du [[silicium]]. Quand on applique une tension entre les deux bandes, la conductivité électrique augmente : c'est un [[transistor]]. Presque tous les polymères conducteurs connus sont des [[semi-conducteur]]s grâce à leur structure en bandes, alors que les polymères à pas zéro se comportent comme les métaux, en conducteurs. La principale différence entre les polymères conducteurs et les semiconducteurs inorganiques est la mobilité des électrons, jusqu'à récemment bien inférieure au sein des polymères conducteurs - un fossé que la science ne cesse de réduire. Outre leurs intérêts en chimie fondamentale, ces recherches ont donné naissance à de nombreuses applications récentes, comme les [[diode électroluminescente|diodes électroluminescentes]], de nombreux écrans vidéo, de nouveaux marquages de produits dans les supermarchés, des traitements de pellicules photographiques, etc.
Les plastiques conducteurs ont un grand avenir dans les technologies de l'information.
==Découverte==
Dans les années [[1970]], trois scientifiques américains ont démontré qu'en dopant un film de [[polyacétylène]] (en l'occurrence, en l'oxydant avec de la vapeur d'iode), sa conductivité électrique augmente un milliard de fois, devenant alors comparable à celle des métaux comme le cuivre et l'argent. Les propriétés optiques du matériau sont aussi modifiées, puisque celui-ci émet de la lumière.
Le [[prix Nobel de chimie]] fut décerné en 2000 aux [[États-Unis|Américains]] [[Alan J. Heeger]], [[Alan G. MacDiarmid]] et au [[Japonais]] [[Hideki Shirakawa]] pour leur découverte et leur étude des polymères conducteurs.
==Chimie==
Les principales classes de polymères conducteurs organiques sont les polyacétylènes, les polypyrroles, les polythiophènes, les polyanilines et les polyvinyles de para-phénylène (PVPP).
===Dopage===
Dans les semiconducteurs à base de silicium, quelques atomes de silicium sont remplacés par des ions en excès (par exemple le [[phosphore]]) ou en défaut (par exemple le [[bore]]) d'électrons, ce qui leur procure le type N ou P. Cette technique est différente du dopage. Les polymères peuvent être dopés par l'ajout d'un réactif chimique qui oxyde (ou réduit) le système, ce qui fait transiter les électrons de la bande de valence à la bande de conduction, rendant le système plus conducteur.
Il existe deux principales méthodes de dopage des polymères conducteurs, toutes deux se basant sur une oxydo-réduction.
====Dopage chimique====
La première méthode, appelée dopage chimique, expose le polymère, par exemple une pellicule de [[mélanine]], à un oxydant (de l'iode ou du brome) ou à un réducteur (plus rare, implique l'utilisation de métaux alcalins).
====Dopage électrochimique====
La seconde méthode, appelée dopage électrochimique, utilise une électrode recouverte d'un polymère et baignant dans une solution électrolytique dans laquelle le polymère est insoluble. On applique une tension entre les électrodes qui provoque un mouvement des ions de la solution et des électrons qui se fixent alors sur le polymère traité, ou s'en échappent. On obtient ainsi un excès (dopage N) ou un défaut (dopage P) d'électrons au niveau de la bande de conduction du polymère.
Cette méthode est une des plus efficaces, mais surtout celle qui bénéficie du plus de recherches : le dopage N, qui ne peut se produire en présence d'oxygène, est plus facile à effectuer : on peut faire le vide dans les récipients avec des moyens convenables.
====Faiblesse du dopage N====
Le dopage N qui consiste à obtenir un excès d'électrons est bien moins courant que le dopage P ; en effet, l'atmosphère terrestre est riche en [[oxygène]] et se présente comme un environnement oxydant. Un polymère dopé N réagit alors avec l'oxygène de l'air et perd les électrons en excès, redevenant neutre. Ainsi, le dopage N implique que le polymère soit maintenu dans un gaz inerte (le plus souvent l'[[argon]]).
C'est pourquoi on ne trouve aujourd'hui aucun polymère conducteur de type N dans le commerce, leur durée de vie étant trop courte pour une utilisation quelconque.
===Conjugaison===
La conjugaison (ou hybridation) d'un polymère conducteur favorise la [[fluorescence]], ce qui permet le développement de systèmes émetteurs de [[lumière]] (LEDs ou [[DEL]]s, [[OLED]]s) et des systèmes photovoltaïques organiques.
On a ainsi vu naître des écrans et des capteurs extrêmement fins (moins d'un centimètre) et très flexibles, dont le record de taille est détenu par la société [[Samsung]] avec une diagonale de 105 cm en mai 2005.
===Propriétés===
Le principal avantage des polymères est leur facilité de production. Les polymères conducteurs sont de simples plastiques, et combinent donc la flexibilité, la résistance, l'élasticité des [[élastomère]]s aux conductivités d'un métal ou d'un polymère hybride dopé.
==Physique==
Cette augmentation de conductivité est caractéristique d'un système [[transistor|transistif]] et peut être simulée par un transistor à effet de champ (FET). Ces polymères sont donc des FET organiques ou [[OFET]].
==Applications==
Dans certains cas, on peut émettre de la lumière en appliquant une [[tension électrique|tension]] à une fine couche d'un polymère conducteur. Cette découverte a permis la mise au point d'[[écran plat|écrans ultra-plats]], tels que les écrans utilisant des [[OLED]]s, des [[panneau solaire|panneaux solaires]] ou des [[amplificateur optique|amplificateurs optiques]].
Étonnamment, on retrouve certains polymères conducteurs au sein même du corps de certains [[mammifère]]s, où ils permettent la [[transduction de signaux|transduction]] de la lumière ou du son en signal électrique, par exemple dans la peau, les yeux, l'oreille ou le cerveau. Leur conductivité semble permettre l'absorption de la lumière par la [[peau]]. La [[mélanine]], qui appartient aux polyacétylènes, possède de telles propriétés et reste actuellement l'une des molécules les plus prometteuses dans ce domaine.
La flexibilité, la résistance, l'élasticité et la facilité de production des polymères conducteurs en ont fait l'un des domaines de recherche privilégiés pour la [[nanotechnologie]]. A l'instar des processeurs actuels, on espère pouvoir utiliser ces polymères pour créer des circuits à l'échelle moléculaire.
==Voir aussi==
===Articles connexes===
* [[Polymère]]
* [[Conductivité]]
* [[Semi-conducteur]]
* [[Nanotechnologie]]
===Liens externes===
* {{en}} [http://www.organicsemiconductors.com Organicsemiconductors.com]
* {{en}} [http://www.akihabaranews.com/news_9619.html Le plus grand écran OLED]
{{Portail|chimie|électricité et électronique}}
[[Catégorie:polymère]]
[[en:Conductive polymer]]
[[es:Polímero conductor]]
[[it:Polimeri conduttori]]
[[ja:導電性高分子]]
[[zh:導電聚合物]]