Nouvelle méthode chimique améliore la durabilité de l'électronique souple

Une nouvelle approche pour étudier les polymères conjugués a permis aux chercheurs de mesurer, pour la première fois, les propriétés mécaniques et cinétiques des molécules individuelles pendant la réaction de polymérisation.

Les polymères conjugués sont essentiellement des grappes de molécules enfilées le long d'une chaîne principale qui peuvent conduire des électrons et absorber la lumière. Cela en fait un choix parfait pour créer de l'optoélectronique souple telle que des dispositifs électroniques portables ; cependant, aussi flexibles soient-ils, ces polymères sont difficiles à étudier en vrac car ils s'agrègent et tombent hors de solution.

L'approche, appelée pinces magnétiques (magnetic tweezers), permet aux chercheurs d'étirer et de tordre des molécules individuelles du polymère conjugué polyacétylène. Les approches précédentes reposaient sur la dérivatisation chimique dans laquelle les structures sont modifiées avec des groupes fonctionnels d'atomes ; cependant, cette approche peut affecter les propriétés innées du polymère.

Le processus fonctionne en fixant une extrémité d'un brin de polymère à une lamelle de verre et l'autre extrémité à une minuscule particule magnétique. Les chercheurs utilisent ensuite un champ magnétique pour manipuler le polymère conjugué, l'étirant ou le tordant, et mesurent la réponse d'une seule chaîne de polymère qui grandit. Les quantités sont si petites qu'elles restent solubles en solution comme les quantités en vrac ne le feraient normalement pas.

L'équipe a mesuré la longueur des chaînes de polymères conjugués, qui consistent en des centaines de milliers d'unités monomères, grandissant en temps réel. Ils ont découvert que les polymères ajoutent un nouveau monomère par seconde, une croissance bien plus rapide que leurs analogues non conjugués. En tirant et en étirant des polymères conjugués individuels — mesures d'extension de force — les chercheurs ont pu évaluer leur rigidité et mieux comprendre comment ils peuvent se plier dans différentes directions tout en restant conjugués et en conservant la conductivité électronique.

Ils ont également découvert que les polymères affichaient des comportements mécaniques divers d'une chaîne individuelle à l'autre — des comportements qui avaient été prédits par la théorie mais jamais observés expérimentalement. Les résultats soulignent à la fois l'unicité des polymères conjugués pour une gamme d'applications ainsi que la force d'utiliser une technique de manipulation et d'imagerie à molécule unique sur des matériaux synthétiques.