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Recrutement de thèse / PhD student

COMPOSITES CONDUCTEURS TRANSPARENTS A FINALITE AFFICHAGE SOUPLE : POLYMERE / FILS D’ARGENT A TRES HAUT FACTEUR DE FORME // TRANSPARENT CONDUCTIVE COMPOSITES FOR FLEXIBLE DISPLAY : POLYMER/SILVER ULTRA HIGH ASPECT RATIO WIRES

(English below)

Établissement Université Toulouse III - Paul Sabatier
École doctorale SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse
Spécialité Sciences et Génie des Matériaux
Unité de recherche CIRIMAT - Centre Interuniversitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux

Encadrement de la thèse
Antoine LONJON (antoine.lonjon univ-tlse3.fr)
Co-Encadrant Eric DANTRAS

Financement
Origine des fonds : MESR
Concours pour un contrat doctoral Priorité 1 du laboratoire

Début de la thèse le 1 octobre 2021

Date limite de candidature 15 mai 2021

La candidature est soumise à une procédure de qualification par l’école doctorale.
La candidature se fait par le biais du site de l’école doctorale

COMPOSITES CONDUCTEURS TRANSPARENTS A FINALITE AFFICHAGE SOUPLE : POLYMERE / FILS D’ARGENT A TRES HAUT FACTEUR DE FORME

Mots clés  : fils d’argent, haut facteur de forme, électrode souple et transparente, composite polymère conducteur, résistivité surfacique

Profil et compétences recherchées : Niveau Master en sciences des matériaux, physico chimie des matériaux, génie physique

Présentation détaillée du projet doctoral

Cette thèse propose de réaliser des électrodes souples transparentes dans le domaine de l’affichage et/ou du tactile d’une façon totalement originale. Les connaissances acquises sur la maitrise des hauts facteurs de forme lors de la cristallogenèse des fils ainsi que la mise en œuvre de revêtements conducteurs seront les jalons qui serviront de base à la réalisation de cette thèse [1-5]. L’originalité principale de cette thèse résidera dans le défi d’associer la conduction électrique 2D, la transparence et la souplesse du revêtement.

Les différentes technologies d’affichage sur écrans plats et tactiles, nécessitent l’utilisation de larges électrodes situées de part et d’autre du dispositif lumineux permettant l’affichage de l’image. La solution actuelle repose sur le dépôt d’une fine couche de céramique semi-conductrice transparente composée d’oxyde de titane-indium (ITO). Le procédé complexe de ce dépôt à base de céramique ainsi que sa faible capacité de déformation ne permettent pas d’aborder le domaine de l’affichage souple. Les composites polymères conducteurs faiblement chargés par des fils métalliques submicroniques ont une mise en œuvre moins complexe et ont démontré leur capacité à réaliser des électrodes souples pour des quantités inférieures à 5%vol[6]. Ce taux est toutefois trop élevé pour obtenir une électrode polymère conductrice transparente capable de satisfaire les critères requis pour l’affichage. Les fils d’argent actuellement utilisés sont obtenus par un procédé polyol et présentent un facteur de forme (xi == L/d) d’environ 250. Le challenge résidera dans la maîtrise de l’élaboration et de la mise en œuvre de fils à très haut facteurs de forme (environ 1000). Les perspectives de ce travail sont aussi importantes que les domaines d’application liés à l’électronique souple tel que les écrans souples ainsi que les surfaces tactiles.

Le candidat réalisera et caractérisera les propriétés électriques d’électrodes polymères conductrices transparentes en utilisant des fils à très haut facteurs de forme. La cristallogenèse de ces fils, leur dispersion dans le polymère ainsi que leurs caractérisations électriques sont les points clés de ce travail.


TRANSPARENT CONDUCTIVE COMPOSITES FOR FLEXIBLE DISPLAY : POLYMER/SILVER ULTRA HIGH ASPECT RATIO WIRES

Key words : silver nanowires, high aspect ratio, transparent and flexible electrode, conductive polymere composite, surface resistivity

Profile and skills required
 : Master degree in material science

Project description

Different display technologies on flat and touch screens require the use of large electrodes on either side of the light device allowing the display of the image. The current solution is based on the deposition of a thin layer of transparent semiconductor ceramic composed of titanium indium oxide (ITO) and not allow to approach the field of flexible display. The conductive polymer composites poorly filled by submicronic metallic wires have demonstrated their capacity to produce flexible electrodes with quantities less than 5% vol [1-6]. Actual percolation threshold values are too high to obtain a transparent conductive polymer electrode required for display applications. The silver wires currently used are obtained by a polyol process and exhibit an aspect ratio (xi == L / d) close to 250. The challenge of the work is to produce higher aspect ratios (around 1000) and to fill a transparent and flexible polymer matrix to obtain the level of electrical conductivity expected for display applications. The perspectives of this work are important for applications in flexible electronics such as flexible screens as well as touchscreen.

The candidate will realize and characterize the electrical properties of transparent conductive polymer electrodes using wires with very high aspect ratio. The crystal growth of these wires, their dispersion in the polymer and their electrical characterizations are the key points of this work.


Références
1. Lonjon A., D.P., Dantras E., Lacabanne C., Electrically Conductive Solid Composite Material And Method For Obtaining Same. Patent WO/2010/012935, 2010.

2. Lonjon A., L.L., Demont P., Dantras E., Lacabanne C., New Highly Conductive Nickel Nanowire-Filled P(VDF-TrFE) Copolymer Nanocomposites : Elaboration and Structural Study. Journal of Physical chemistry C, 2009. 113(28) : p. 12002-12006.

3. Lonjon A., C.I., Carponcin D., Dantras E., Lacabanne C., High electrically conductive composites of Polyamide 11 filled with silver nanowires : Nanocomposites processing, mechanical and electrical analysis. Journal of Non-Crystalline Solids, 2013. 375(15) : p. 199-204.

4. Quiroga Cortes L., R.S., Lonjon A., Dantras E., Lacabanne C., Electrically conductive carbon fiber / PEKK / silver nanowires multifunctional composites. Composites Science and Technology, 2016. 137 : p. 159-166.

5. Bedel V., Lonjon A., Dantras E., Bouquet M., Innovative conductive polymer composite coating for aircrafts lightning strike protection. Journal of Applied Polymer Science, 2019. 137.

6. Lonjon A., D.P., Dantras E., Lacabanne C., Low filled conductive P(VDF-TrFE) composites : Influence of silver particles aspect ratio on percolation threshold from spheres to nanowires. Journal of Non-Crystalline Solids, 2012. 358(23) : p. 3074-3078.