Structure électronique et propriétés optiques des polymères conjugués
Senseurs chimiques et biologiques basés sur des polymères conjugués

2.1 Structure électronique et couplage électron-phonon

Par polymère conjugué, on entend une macromolécule dont le squelette principal est constitué d’atomes de carbone ou d’hétéro-atomes portant chacun une orbitale atomique de caractère π. Le recouvrement de ces orbitales atomiques π donne lieu à la formation d’orbitales moléculaires π délocalisées tout au long des chaînes ; ce sont précisément ces orbitales délocalisées qui confèrent aux polymères conjugués leurs propriétés particulières. Dans le cas idéal de chaînes conjuguées infinies, ces orbitales moléculaires sont infiniment proches en énergie et forment des bandes électroniques continues ; on parle alors d’une structure de bandes électroniques π. La plus haute bande électronique occupée porte le nom de bande de valence, la plus basse inoccupée de bande de conduction ; ces deux bandes sont séparées par une plage d’énergie interdite aux électrons : la bande interdite. Dans les polymères conjugués à l’état neutre, la largeur de la bande interdite est de l’ordre de 2 à 3 électronvolts (eV), ce qui les place dans la catégorie des semi-conducteurs ou isolants.

De cette description simplifiée, on peut comprendre la facilité avec laquelle les polymères conjugués peuvent être oxydés ou réduits. Rappelons que cette réaction d’oxydoréduction ou de dopage (chimique ou électrochimique) permet de convertir le matériau polymère de son état neutre, isolant (ou semi-conducteur) électrique à un état chargé ou dopé, conducteur de l’électricité. Comme des électrons de type π peuvent être aisément enlevés ou ajoutés aux chaînes polymères conjuguées, ces derniers présentent...