2025/08/19
Towards additive manufacturing of semiconducting polymers: hot-melt extrusion of PCL:P3HT blends
Chen, J.; Blanc, N.; Laventure, A. (2025). Towards additive manufacturing of semiconducting polymers: hot-melt extrusion of PCL:P3HT blends. Mater. Adv., 2025, 6, 4804.
La fabrication additive de composés organiques π-conjugués par traitement à sec demeure un défi en raison des propriétés thermo-mécaniques particulières de ces matériaux. Dans cette étude, nous proposons l’utilisation du poly(ε-caprolactone) (PCL), un polymère thermoplastique bien adapté à l’extrusion à chaud, comme matrice pour faciliter l’extrusion du poly(3-hexylthiophène-2,5-diyl) (P3HT). Nous examinons les mélanges PCL–P3HT comme modèle afin de mieux comprendre leur comportement lors de l’extrusion à chaud. Les caractérisations thermiques et rhéologiques nous permettent d’identifier une « fenêtre d’imprimabilité », définie comme la plage de température (80–140 °C) dans laquelle les mélanges présentent des propriétés rhéologiques optimales pour l’extrusion. Dans cet intervalle, les mélanges présentent un comportement de fluidification par cisaillement (shear thinning) et un comportement thixotrope, garantissant une bonne imprimabilité et une haute fidélité d’impression. Les mélanges présentent un comportement de type composite, le P3HT conservant son état agrégé tout au long du procédé dans cette plage de température. La microstructure des architectures extrudées est caractérisée par spectroscopie UV-visible, révélant des bandes caractéristiques à 520, 580 et 610 nm, indicatives d’un P3HT agrégé. La confirmation supplémentaire de l’état agrégé du P3HT est obtenue par microscopie optique et de fluorescence, ainsi que par des analyses AFM-IR menées à la fois en surface et en coupe des architectures extrudées, mettant en évidence une séparation de phases à l’échelle submicronique entre le PCL et le P3HT. Nos résultats démontrent l’efficacité du mélange d’un composé organique π-conjugué, traditionnellement difficile à traiter par voie sèche, avec une matrice thermoplastique couramment utilisée en extrusion à chaud. Cette approche combine avec succès la flexibilité et la facilité de mise en forme offertes par le PCL avec les propriétés semi-conductrices du P3HT, ouvrant ainsi la voie à la fabrication de dispositifs optoélectroniques imprimés en 3D plus complexes et fonctionnels.