Structure and Dynamics of Conducting Poly(aniline) based Compounds
Structure et Dynamique de Composés Conducteurs de la Poly(aniline)
Résumé
This thesis concerns one full study of structural and dynamical properties ofone family of conducting compounds of “plastdoped” polyaniline. Various experimental techniques have been combined as the wide angle X-ray diffraction and the small angle x ray scattering measurements (WAXS and SAXS), incoherent quasi-elastic neutron scattering techniques and numerical simulations of molecular dynamics based on a force field method.
This combination allowed us to propose for these compounds one model of lamellar like stable structure with statistical fluctuation of the electronic density along the stacking direction of molecular layers. Moreover, in this model framework, it has been possible to study in detail the structural anisotropy of films and the structural evolution of the films under stretching.
Finally, one second half of the thesis is devoted to the analysis of molecular dynamics data obtained by using quasi-elastic neutron scattering techniques. We could show that most of the dynamics in the 10-13-10-9 s time window concerns the motion of proton bore on the flexible tails of doping counter-ions. This dynamics has been found as very broadly distributed in time and also spatially along the plast-dopant tails and among the different plast-dopants as well. The results of numerical simulations agree remarkably well with experimental measurements. The atomic trajectories calculated in these simulations allowed us to recover all the scattering functions experimentally measured. The simulations have not only confirmed the starting hypothesis on which an analytical model for the dynamics was built but also revealed details on the way the dynamics is spatially distributed among the different plast-dopants.
This combination allowed us to propose for these compounds one model of lamellar like stable structure with statistical fluctuation of the electronic density along the stacking direction of molecular layers. Moreover, in this model framework, it has been possible to study in detail the structural anisotropy of films and the structural evolution of the films under stretching.
Finally, one second half of the thesis is devoted to the analysis of molecular dynamics data obtained by using quasi-elastic neutron scattering techniques. We could show that most of the dynamics in the 10-13-10-9 s time window concerns the motion of proton bore on the flexible tails of doping counter-ions. This dynamics has been found as very broadly distributed in time and also spatially along the plast-dopant tails and among the different plast-dopants as well. The results of numerical simulations agree remarkably well with experimental measurements. The atomic trajectories calculated in these simulations allowed us to recover all the scattering functions experimentally measured. The simulations have not only confirmed the starting hypothesis on which an analytical model for the dynamics was built but also revealed details on the way the dynamics is spatially distributed among the different plast-dopants.
Cette thèse présente une étude complète de la structure et de la dynamique moléculaire dans une famille de composés conducteurs de la polyaniline plastdopée. Différentes techniques expérimentales ont été combinées dans cette étude comme la diffraction aux grands angles et la diffusion aux petits angles des rayons X (WAXS et SAXS), la diffusion incohérente quasi-élastique des neutrons et les simulations numériques de dynamique moléculaire basées sur les méthodes à champ de force.
Cette combinaison a permis de proposer un modèle de structure stable de type lamellaire pour ces composés présentant des fluctuations statistiques de densité électronique le long de l'axe d'empilement des couches moléculaires. De plus, il a été possible d'analyser en détails l'anisotropie structurale et l'évolution structurale des films sous étirement à la lumière de ce modèle.
Enfin, une seconde moitié de la thèse est consacrée à l'analyse des données de dynamique obtenues avec les mesures de diffusion quasi-élastique des neutrons. Il a été possible de montrer que l'essentiel de la dynamique dans la fenêtre de temps 10-13-10-9 s provient du mouvement des protons portés par les queues flexibles des dopants. Cette dynamique est très distribuée en temps et aussi dans l'espace tant le long de chaque plast-dopant que parmi les plast-dopants entre eux. Les résultats de simulation numérique sont en accord remarquable avec ces mesures expérimentales. Les trajectoires des atomes calculées dans ces simulations ont permis de recalculer toutes les fonctions de diffusion mesurées par ailleurs expérimentalement. Les simulations ont non seulement confirmé les hypothèses sur lesqueslles avait été bâti un modèle analytique pour la dynamique mais de plus ont révélé des précisions sur la façon dont la dynamique est distribuée entre les contre-ions.
Cette combinaison a permis de proposer un modèle de structure stable de type lamellaire pour ces composés présentant des fluctuations statistiques de densité électronique le long de l'axe d'empilement des couches moléculaires. De plus, il a été possible d'analyser en détails l'anisotropie structurale et l'évolution structurale des films sous étirement à la lumière de ce modèle.
Enfin, une seconde moitié de la thèse est consacrée à l'analyse des données de dynamique obtenues avec les mesures de diffusion quasi-élastique des neutrons. Il a été possible de montrer que l'essentiel de la dynamique dans la fenêtre de temps 10-13-10-9 s provient du mouvement des protons portés par les queues flexibles des dopants. Cette dynamique est très distribuée en temps et aussi dans l'espace tant le long de chaque plast-dopant que parmi les plast-dopants entre eux. Les résultats de simulation numérique sont en accord remarquable avec ces mesures expérimentales. Les trajectoires des atomes calculées dans ces simulations ont permis de recalculer toutes les fonctions de diffusion mesurées par ailleurs expérimentalement. Les simulations ont non seulement confirmé les hypothèses sur lesqueslles avait été bâti un modèle analytique pour la dynamique mais de plus ont révélé des précisions sur la façon dont la dynamique est distribuée entre les contre-ions.