Ingénierie des cristaux pour les semi-conducteurs organiques et le stockage moléculaire de l'énergie solaire et thermique

Ingénierie des cristaux pour les semi-conducteurs organiques et le stockage moléculaire de l’énergie solaire et thermique

Notre groupe de recherche a pour objectif d’amener l’ingénierie des cristaux au-delà des réactions chimiques à l’état solide et dans le domaine de la chimie des matériaux à l’état solide. Nous souhaitons appliquer nos méthodes de cocristallisation et nos techniques d’ingénierie des cristaux pour développer et créer des semi-conducteurs organiques (OSC) plus efficaces et entrer dans le domaine de l’énergie verte en produisant de nouveaux matériaux et technologies pour le stockage moléculaire de l’énergie solaire-thermique (MOST).

When tetrathiofulvalinium (TTF) and tetracyanoquinodimethanide (TCNQ) are cocrystalized they stack in alternating layers to form TTF-TCNQ, a strong charge transfer complex that exhibits one-dimensional conductivity over a wide range of temeratures. The atomic coordinates of the crystal structure were retrieved from the Cambridge Structural Database, REFCODE: TTFTCQ. — Lorsque le tétrathiofulvalinium (TTF) et le tétracyanoquinodiméthanide (TCNQ) sont cocristallisés, ils s’empilent en couches alternées pour former le TTF-TCNQ, un complexe à fort transfert de charge qui présente une conductivité unidimensionnelle sur une large gamme de températures. Les coordonnées atomiques de la structure cristalline ont été extraites de la Cambridge Structural Database (CSD), REFCODE : TTFTCQ.

L’empilement des molécules OSC (semi-conducteurs organiques) les unes sur les autres permet d’obtenir un chevauchement π intermoléculaire accru, ce qui améliore les interactions électroniques entre les molécules OSC individuelles. Les coordonnées atomiques de la structure cristalline ont été extraites de la Cambridge Structural Database (CSD), REFCODE : LEDBIG.

Notre groupe a déjà démontré que notre technique de cristallisation peut être appliquée aux OSC (semi-conducteurs organiques) pour l’empilement des molécules et l’amélioration de leurs propriétés électriques. Les solides basés sur les molécules OSC sont destinés à devenir des éléments actifs dans les circuits électroniques à base de plastique (par exemple, les transistors). Ces circuits ne devraient pas concurrencer les semi-conducteurs inorganiques traditionnels (c’est-à-dire le silicium). Au contraire, les matériaux OSC sont appelés à jouer un rôle en tant que composants d’articles produits en masse, tels que les étiquettes d’identification, les cartes à puce et les pixels pour les écrans à matrice active (par exemple, les panneaux plats). Les OSC présentent également l’avantage d’être faciles à mettre en œuvre (par exemple, le dépôt en solution) et à modifier chimiquement (par exemple, par synthèse organique), d’avoir des propriétés mécaniques légères et flexibles, et d’offrir une meilleure fonctionnalité pour surmonter les défis de la consommation d’énergie.

Nous prévoyons que notre méthode des cocristaux résoudra un problème de chimie structurelle de longue date dans le domaine de l’électronique organique. Elle ouvrira des possibilités non seulement pour permettre à une diversité de molécules OSC d’être empilées dans des géométries afin d’optimiser le mouvement de la charge électrique, mais nous visons également à développer des cristaux avec des molécules OSC qui sont chimiquement réactives. Ces matériaux chimiquement réactifs peuvent alors être utilisés, en principe, pour des applications en lithographie, ce qui permet d’« écrire » des régions électriques dans les cristaux à l’aide de la lumière UV avec une grande précision et en trois dimensions (c’est-à-dire des caractéristiques de taille nanométrique). On peut s’attendre à des développements révolutionnaires dans la recherche sur l’électronique organique et les domaines technologiques connexes.

D’autres recherches révolutionnaires sur les matériaux durables menées par le groupe MacGillivray porteront sur les matériaux de stockage de l’énergie solaire et thermique. Le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour le stockage et la gestion de l’énergie solaire thermique est essentiel pour soutenir l’évolution nationale et mondiale vers les sources d’énergie renouvelables. L’énergie solaire est une ressource pratiquement infinie à exploiter pour créer une empreinte carbone neutre. Les systèmes MOST (Stockage Moléculaire de l’Énergie Solaire-Thermique) offrent une approche moléculaire et portable pour stocker l’énergie solaire, qui est ensuite restituée à la demande sous forme de chaleur, atténuant ainsi l’intermittence naturelle de l’énergie solaire. Ces systèmes exploitent des réactions photochimiques du même type que celles mises au point par le professeur MacGillivray pour former des CB à l’état solide. La chaleur est libérée dans l’environnement lorsque la réaction photochimique est inversée et peut être utilisée pour des applications technologiques, y compris celles où la chaleur est convertie en électricité. L’une des principales considérations lors du développement des systèmes MOST est le fonctionnement dans des conditions réelles et, plus précisément, dans des milieux concentrés (c’est-à-dire à l’état solide). Jusqu’à présent, les travaux sur les systèmes MOST ont été réalisés dans des liquides et dans des solides moins denses (par exemple, des solides amorphes).