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Title:
TRANSPARENT CONDUCTIVE FILMS OR COATINGS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/112680
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a composition of carbon nanotubes dispersed in a conductive polymer, said conductive polymer being dispersed or suspended in water and/or a solvent, and said composition further includes at least one dispersion or suspension of an elastomer and/or of a thermoplastic polymer. The invention also relates to a transparent conductive film or coating resulting from forming films of or depositing the composition according to the invention, to a method for preparing such a film or such a coating, and to electronic items and devices coated with such films or such coatings, for example photovoltaic cells, liquid crystal displays, organic light-emitting diodes (OLED), polymer light-emitting diodes (PLED), or touch screens.

Inventors:
SONNTAG PHILIPPE (FR)
BERSON SOLENN (FR)
BROCHON CYRIL (FR)
DIEUDONNE MARIE (FR)
HADZIIOANNOU GEORGES (FR)
HEISER THOMAS (FR)
Application Number:
PCT/FR2009/000373
Publication Date:
October 07, 2010
Filing Date:
March 31, 2009
Export Citation:
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Assignee:
HUTCHINSON (FR)
CENTRE NAT RECH SCIENT (FR)
UNIV PASTEUR (FR)
SONNTAG PHILIPPE (FR)
BERSON SOLENN (FR)
BROCHON CYRIL (FR)
DIEUDONNE MARIE (FR)
HADZIIOANNOU GEORGES (FR)
HEISER THOMAS (FR)
International Classes:
C08J5/00; C08J3/215; C08J5/18; C08J7/04; C08L65/00; C09D165/00; H01L51/44
Domestic Patent References:
WO2005090446A12005-09-29
WO2008055311A12008-05-15
WO2007002737A22007-01-04
WO2006137846A22006-12-28
Foreign References:
EP1918325A12008-05-07
US20040021131A12004-02-05
US20060052509A12006-03-09
US20050209392A12005-09-22
US20060041104A12006-02-23
US20060062983A12006-03-23
US6984341B22006-01-10
US5766515A1998-06-16
Other References:
WANNA Y ET AL: "Development of nanofibers composite Polyaniine/CNT fabricated by Electro spinning Technique for CO Gas Sensor", SENSORS, 2006. 5TH IEEE CONFERENCE ON, IEEE, PI, 1 October 2006 (2006-10-01), pages 342 - 345, XP031083027, ISBN: 978-1-4244-0375-2
HERMANT M C; KLUMPERMAN B; KYRYLYUK A V; VAN DER SCHOOT P; KONING C E: "Lowering the percolation threshold of single-walled carbon nanotubes using polystyrene/poly(3,4-ethylenedioxythiophene): Poly(styrene sulfonate) blends", SOFT MATTER, vol. 5, 8 January 2009 (2009-01-08), pages 878 - 885, XP009124904
Attorney, Agent or Firm:
CORIZZI, Valérie et al. (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Composition de nanotubes de carbone dispersés dans un polymère conducteur, ledit polymère conducteur étant en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre au moins une dispersion ou suspension d'élastomère et/ ou de polymère thermoplastique.

2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que le ratio en poids entre les nanotubes de carbone et le polymère conducteur est compris entre 1/ 100 et 50/ 1, et de préférence entre 1/50 et 5/ 1.

3. Composition selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les nanotubes de carbone sont présents à un taux en poids compris entre

0,05 et 90%, et de préférence entre 0,1 et 10%, par rapport au poids total de matière sèche de ladite composition.

4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle comprend une dispersion ou suspension d'élastomère, dans laquelle ledit élastomère est choisi parmi les caoutchoucs naturels, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères isobutylène /isoprène tels que le butyle caoutchouc, les copolymères butadiène/acrylonitrile, les terpolymères butadiène/acrylonitrile/ acide méthacrylique, les polychloroprènes, les polyisobutènes, les copolymères styrène /butadiène carboxylés ou non carboxylés, les polyuréthanes, les polyesters vinyliques, ainsi que les polymères et copolymères dans lesquels l'unité de base est le butadiène ou un de ses dérivés, tels que lïsoprène ou le chloroprène.

5. Composition selon la revendication 4 caractérisée en ce que ledit élastomère est sélectionné parmi les copolymères isobutylène /isoprène tels que le butyle caoutchouc, et les copolymères butadiène/acrylonitrile.

6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle comprend une dispersion ou suspension de polymère thermoplastique, dans laquelle ledit polymère thermoplastique est choisi parmi les polystyrènes, les élastomères thermoplastiques tels que les copolymères à blocs styréniques, les polyamides, les polyacétals, les polycarbonates, les polyéthers éthercétones (PEEK), les polysulfures, les polyacétates tels que ceux dérivants de monomères de type acétate de vinyle, les copolymères éthylène/ acétate de vinyle, les polychlorures de vinyle, les polychlorures de vinylidène, les polymères époxys, les polymères acryliques tels que ceux dérivants des monomères d'esters d'acides (méth)acryliques, comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), et les polymères fluorés tels que le polyfluorure de vinylidène (PVDF).

7. Composition selon la revendication 6 caractérisée en ce que ledit polymère thermoplastique est un polymère fluoré, et encore plus préférentiellement le polyflurorure de vinylidène (PVDF) .

8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que ledit polymère conducteur est un polymère substitué ou non substitué choisi parmi le polythiophène, le polypyrrole, la polyaniline, le polyphénylène, le poly(p-phénylènevinylène) et le polyacétylène.

9. Composition selon la revendication 8 caractérisée en ce que ledit polymère conducteur est le poly(3,4-éthylènedioxythiophène)-poly(styrènesulfonate) (PEDOT : PSS).

10. Composition selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que le ratio en poids entre ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique et lesdits nanotubes de carbone est compris entre 10 et 10000.

11. Composition selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que le ratio en poids entre ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique et ledit polymère conducteur est compris entre 1 et 500000.

12. Film ou revêtement transparent conducteur caractérisé en ce qu'il résulte de la filmification ou du dépôt d'au moins une composition de nanotubes de carbone telle que définie selon l'une des revendications 1 à 11.

13. Film ou revêtement selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur comprise entre 300 nm et 15 μm.

14. Film ou revêtement selon l'une des revendications 12 ou 13 caractérisé en ce qu'il présente une transmission totale de la lumière UV-visible [300 nm - 900 nm] d'au moins 30%, pour une épaisseur de film de 15 μm maximum.

15. Film ou revêtement selon l'une des revendications 12 à 14 caractérisé en ce qu'il présente une résistance de surface comprise entre 0, 1 et 5000 Ω/D, et de préférence entre 0,1 et 1000 Ω/D.

16. Procédé de préparation d'un film ou revêtement transparent conducteur tel que défini selon l'une des revendications 12 à 15 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (i) dispersion des nanotubes de carbone dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(ii) mélange de la dispersion obtenue à l'étape (i) avec un polymère conducteur en dispersion ou en solution dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire miscible au solvant utilisé lors de l'étape (i), sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-ρyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(iii) mélange de la dispersion obtenue à l'étape (ii) avec au moins un élastomère et/ ou un polymère thermoplastique en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire miscible aux solvants utilisés lors des étapes (i) et (ii), sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2- pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(iv) application de la composition obtenue à l'étape (iii) sur un support, et

(v) évaporation des solvants par séchage à une température comprise entre 20 et 18O0C, pendant une durée comprise entre 5 secondes et 120 minutes.

17. Procédé selon la revendication 16 caractérisé en ce que les nanotubes de carbone de l'invention sont dispersés dans de l'eau ou dans un mélange eau /diméthylsulf oxyde (DMSO) ou dans un mélange eau/éthanol lors de l'étape (i), le polymère conducteur est dispersé dans de l'eau ou dans un mélange eau /diméthylsulf oxyde (DMSO) lors de l'étape (ii), et l'élastomère et/ ou le polymère thermoplastique sont dispersés dans de l'eau lors de l'étape (iϋ).

18. Article caractérisé en ce qu'il comporte un substrat revêtu d'au moins un film ou revêtement transparent conducteur tel que défini selon l'une des revendications 12 à 15 ou obtenu selon le procédé tel que défini à l'une des revendications 16 ou 17.

19. Article selon la revendication 18 caractérisé en ce que le substrat est choisi parmi le verre, le métal, la céramique, les matériaux conducteurs ou semi-conducteurs et les polymères flexibles.

20. Article selon la revendication 19 caractérisé en ce que lesdits polymères flexibles sont sélectionnés parmi le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène naphtalate (PEN) et le polyéthersulfone (PES) .

21. Dispositif électronique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un article tel que défini selon l'une des revendications 18 à 20.

22. Dispositif selon la revendication 21 caractérisé en ce qu'il est choisi parmi les cellules photovoltaïques, les écrans à cristaux liquides, les diodes électroluminescentes organiques (OLED), les diodes électroluminescentes polymériques (PLED) et les écrans tactiles.

Description:
FILMS OU REVETEMENTS TRANSPARENTS CONDUCTEURS

La présente invention concerne une composition spécifique de nanotubes de carbone dispersés dans un polymère conducteur, un film ou revêtement transparent conducteur résultant de la filmification ou du dépôt d'une telle composition, un procédé de préparation d'un tel film ou revêtement, et des articles et dispositifs électroniques revêtus de tels films ou revêtements.

Des électrodes transparentes conductrices présentant à la fois une transmittance et des propriétés de conductivité électrique élevées font actuellement l'objet de développements considérables dans le domaine des équipements électroniques, ce type d'électrodes étant de plus en plus utilisé pour des dispositifs tels que les cellules photovoltaïques, les écrans à cristaux liquides, les diodes électroluminescentes organiques (OLED) ou les diodes électroluminescentes polymériques (PLED), ainsi que les écrans tactiles.

Actuellement, les principaux films transparents conducteurs utilisés sont à base dlTO (Indium Tin Oxide), ce composant présentant des propriétés de transmittance et de conductivité électrique particulièrement élevées. Toutefois, les procédés de dépôt de telles compositions nécessitent de travailler sous vide. De plus, un procédé généralement utilisé pour réaliser des couches dïTO est la pulvérisation cathodique, dont l'inconvénient principal est la nécessité de travailler à haute température, typiquement à des températures de l'ordre de 200 0 C ou plus, cette étape de recuit thermique étant nécessaire pour améliorer la conductivité des films obtenus. Ainsi, ces exigences de procédé ne permettent pas l'application des compositions à base dTTO sur de grandes surfaces, ni sur des substrats flexibles, tels que les polymères. D'autre part, 11TO est un constituant rigide qui, lorsqu'il est appliqué sur des substrats flexibles crée des contraintes de surface conduisant à l'apparition de fissurations et de trous à la surface du film, diminuant ainsi la durée de vie des substrats revêtus.

Enfin, un autre inconvénient de ces compositions est la rareté du minéral indium, conduisant à des compositions à base diTO de plus en plus coûteuses.

Pour remédier à tous ces inconvénients, il a été proposé la mise au point de films conducteurs transparents à base de nanotubes de carbone, ces derniers pouvant être préparés à partir de dispersions à base de nanotubes de carbone. Toutefois, la préparation de telles dispersions nécessite l'utilisation de dispersants (les nanotubes de carbone étant difficiles à disperser seuls), ces derniers étant des matériaux organiques isolants qui, une fois incorporés à la composition, diminuent fortement la conductivité du film obtenu. Pour remédier à ce problème, il a été proposé de laver les films obtenus afin d'éliminer une partie du dispersant utilisé (l'élimination totale du dispersant étant très difficile), cette étape rendant toutefois le procédé utilisé plus difficile à mettre en oeuvre.

Certaines solutions de l'état de l'art proposent également de substituer ΠTO par des mélanges de nanotubes de carbone dispersés dans des polymères conducteurs. Toutefois, il apparaît que les polymères conducteurs utilisés détériorent considérablement la transparence du film, ces derniers présentant généralement l'inconvénient d'être très colorés et peu transparents. Ainsi, seules des couches très minces, dont il est difficile de contrôler l'épaisseur, peuvent être déposées sur les substrats (l'épaisseur de ces couches ne pouvant pas dépasser 200 à 300 nm), ces dépôts d'épaisseur très fine nécessitant des substrats de très faible rugosité (rugosité arithmétique Ra < 50 nm). C'est le cas des compositions divulguées dans les documents WO 2006/ 137846 et US 6,984,341, ce dernier document divulguant notamment des compositions obtenues à partir d'une dispersion aqueuse de polythiophène et d'un composé polyanionique, tel qu'un polystyrène sulfonate, en présence d'un additif supplémentaire choisi parmi les cétals, lactones, carbonates, oxydes cycliques, dicétones, anhydrides, acides aminocarboniques, phénols et acides inorganiques.

Ainsi, le problème technique restant à résoudre par rapport à cet état de l'art consiste en la mise au point de films ou de revêtements conducteurs pouvant être appliqués en couches épaisses (pouvant aller jusqu'à 5-10 μm), sans altération de la transparence, ni de la conductivité électrique du film, et ne nécessitant pas la mise en œuvre de procédés spécifiques complexes.

Les compositions de nanotubes de carbone de l'invention, et les films ou revêtements transparents conducteurs résultant de la filmification ou du dépôt desdites compositions, proposent de remédier à tous ces inconvénients, en répondant de manière satisfaisante aux besoins et exigences suivantes :

- une bonne conductivité électrique, une transparence plus élevée que celle des films de l'état de l'art, - une excellente souplesse des films obtenus comparée à celle des films de l'état de l'art, diminuant ainsi les risques de détérioration et de fissuration des surfaces revêtues, une excellente stabilité au stockage des compositions, - une plus grande facilité de mise en œuvre et une meilleure manipulation des compositions de l'invention, ces dernières pouvant être appliquées en couches épaisses, sans altération des propriétés de transparence des films obtenus, et les procédés mis en œuvre pouvant fonctionner à pression atmosphérique, et permettant ainsi des dépôts sur de grandes surfaces, une application sur une plus grande variété de substrats, les procédés d'application des compositions de l'invention ne nécessitant pas de traitement thermique à haute température, et permettant ainsi une application sur des substrats flexibles sensibles à la chaleur, et des avantages économiques, du fait de la substitution de l'indium, , composé rare et de plus en plus coûteux. II s'agit en fait d'un compromis de performances difficile à atteindre, tous ces avantages étant obtenus sans affecter négativement les propriétés électriques du film ou du revêtement conducteur obtenu, voire même en apportant dans certains cas des améliorations significatives en termes de transparence et de transmittance. Ainsi, par rapport aux films de l'état de l'art antérieur, les films ou revêtements transparents conducteurs de l'invention, présentent un excellent compromis de performances, à priori difficile à obtenir, et ce grâce à une composition de nanotubes de carbone spécifique comprenant au moins une dispersion ou suspension d'élastomère et/ ou de polymère thermoplastique.

Le premier objet de la présente invention est donc une composition de nanotubes de carbone dispersés dans un polymère conducteur, ledit polymère conducteur étant en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, cette composition ayant comme caractéristique spécifique essentielle la présence supplémentaire d'au moins une dispersion ou suspension d'élastomère et/ ou de polymère thermoplastique.

Le deuxième objet de l'invention concerne un film ou revêtement transparent conducteur résultant de la filmification ou du dépôt d'au moins une composition selon l'invention. Un objet supplémentaire de l'invention est un procédé de préparation du film ou revêtement transparent conducteur de l'invention.

Enfin, font également partie de l'invention un article comportant un substrat revêtu d'un film ou revêtement transparent conducteur selon l'invention, ainsi qu'un dispositif électronique comprenant un tel article revêtu d'un tel film ou revêtement transparent conducteur.

Ainsi, le premier objet de la présente invention est une composition de nanotubes de carbone dispersés dans un polymère conducteur, ledit polymère conducteur étant en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, et ladite composition comprenant en outre au moins une dispersion ou suspension d'élastomère et/ ou de polymère thermoplastique .

Les nanotubes de carbone de la présente invention peuvent être présents à un taux en poids compris entre 0,05 et 90%, et de préférence à un taux en poids compris entre 0,1 et 10%, par rapport au poids total de matière sèche de ladite composition.

Les nanotubes de carbone de l'invention peuvent être en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et lïsopropanol, ou un mélange desdits solvants. De préférence, les nanotubes de carbone de l'invention sont dispersés dans de l'eau ou dans un mélange eau/solvant organique polaire, et dé préférence un mélange eau /diméthylsulfoxyde (DMSO) ou un mélange eau/éthanol.

Les nanotubes de carbone utilisés peuvent être des nanotubes mono- et/ou multi-parois, purifiés ou non purifiés, fonctionnalisés ou non fonctionnalisés, lesdits nanotubes de carbone pouvant être obtenus selon n'importe quelle méthode de fabrication connue, telles que les méthodes par ablation laser, CVD (Chemical Vapor Déposition), ou décharge d'arc. De préférence, on utilise les nanotubes de carbone présentant le moins d'impuretés possible, de façon à obtenir une meilleure transparence et une meilleure qualité de film. Selon un mode de réalisation préféré, les nanotubes de carbone de l'invention ont une longueur comprise entre 20 nm et 1 mm, et un diamètre compris entre 0,5 et 50 nm. Lesdits nanotubes peuvent se présenter soit sous forme individuelle, soit sous forme de fagots. La composition selon la présente invention comprend comme constituant essentiel au moins un élastomère et/ ou un polymère thermoplastique, introduits sous la forme d'une dispersion ou d'une suspension dans de l'eau et/ou dans un solvant, ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique étant choisis en fonction des contraintes d'application finales visées.

De manière préférée, la composition selon la présente invention comprend une dispersion ou suspension d'élastomère, ce dernier pouvant être réticulable, ou éventuellement être déjà partiellement ou totalement réticulé. Le système de réticulation utilisé peut être soit un système de vulcanisation au soufre, soit un système de réticulation à base de peroxyde, éventuellement en combinaison avec du soufre. Selon une autre variante, la composition de nanotubes de carbone de l'invention peut comprendre un élastomère comportant des groupements thermoréticulables, ou encore un élastomère thermoplastique déjà réticulé. Enfin, si l'élastomère utilisé porte déjà des groupements carboxyliques, il est possible d'utiliser des ions divalents (tel que Zn 2+ ) comme co-agents réticulants.

Ledit élastomère peut être choisi parmi les caoutchoucs naturels, les polyisoprènes de synthèse, les copolymères isobutylène /isoprène qui incluent le butyle caoutchouc (butyl rubber), les copolymères butadiène/acrylonitrile, les terpolymères butadiène/acrylonitrile/ acide méthacrylique, les polychloroprènes, les polyisobutènes, les copolymères styrène /butadiène carboxylés ou non carboxylés, les polyuréthanes, les polyesters vinyliques, ainsi que les polymères et copolymères dans lesquels l'unité de base est le butadiène ou un de ses dérivés, tels que l'isoprène ou le chloroprène. Les élastomères les plus préférés sont les copolymères isobutylène /isoprène et les copolymères butadiène/acrylonitrile.

Lorsque la composition de l'invention comprend une dispersion ou suspension de polymère thermoplastique, ce dernier peut être choisi parmi les polystyrènes, les élastomères thermoplastiques tels que les copolymères à blocs styréniques, les polyamides, les polyacétals, les polycarbonates, les polyéthers éthercétones (PEEK), les polysulfures, les polyacétates tels que ceux dérivants des monomères de type acétate de vinyle, les copolymères éthylène/ acétate de vinyle, les polychlorures de vinyle, les polychlorures de vinylidène, les polymères époxys, les polymères acryliques tels que ceux dérivants des monomères d'esters d'acides (méth)acryliques, comme le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) par exemple, et les polymères fluorés tels que le polyfluorure de vinylidène (PVDF). Les polymères thermoplastiques les plus préférés sont les polymères fluorés, et encore plus préférentiellement le polyfluorure de vinylidène (PVDF). Selon un mode de réalisation préféré, le ratio en poids entre ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique et les nanotubes de carbone est compris entre 10 et 10000. Le ratio en poids entre ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique et le polymère conducteur peut, quant à lui, être compris entre 1 et 500000. Ledit élastomère et/ ou ledit polymère thermoplastique sont utilisés sous la forme d'une dispersion ou d'une suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants. De préférence, l'élastomère et/ ou le polymère thermoplastique de l'invention sont en dispersion ou en suspension dans de l'eau.

Une autre caractéristique essentielle de la composition de l'invention concerne le polymère conducteur dans lequel sont dispersés les nanotubes de carbone, ledit polymère conducteur étant un polymère substitué ou non substitué choisi parmi le polythiophène, le polypyrrole, la polyaniline, le polyphénylène, le poly(p-phénylènevinylène) et le poly acétylène, les polymères conducteurs à base de polythiophène étant les polymères les plus stables thermiquement et électroniquement. Lesdits polymères conducteurs peuvent également être utilisés sous forme de mélange. Un polymère conducteur préféré est le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrènesulfonate) (PEDOT : PSS), ce dernier étant stable à la lumière et à la chaleur, facile à disperser dans l'eau, et ne présentant pas de problèmes au stockage, ni d'inconvénients environnementaux. De manière préférée, le ratio en poids entre les nanotubes de carbone et le polymère conducteur de la composition de l'invention est compris entre 1/ 100 et 50/ 1, et de préférence entre 1/50 et 5/ 1.

Le polymère conducteur de l'invention peut être en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants. De préférence, le polymère conducteur de l'invention est dispersé dans de l'eau et/ou dans un mélange eau /diméthylsulfoxyde (DMSO).

Des composés organiques ou « conductivity enhancers » permettant d'améliorer la conductivité du polymère conducteur peuvent également être ajoutés, dans le but d'augmenter la conductivité électrique du polymère conducteur. De tels composés peuvent être porteurs de groupements dihydroxy ou polyhydroxy et /ou carboxy ou amide ou lactame, comme le sorbitol ou la glycérine, tel que suggéré dans le brevet US 5,766,515. Plus particulièrement, le brevet US 6,984,341 propose l'ajout de composés phénoliques permettant d'améliorer la conductivité des polythiophènes. La concentration de la composition de l'invention en matière active, c'est-à-dire en matière sèche de nanotubes de carbone, de polymère conducteur et d'élastomère et/ou de polymère thermoplastique, par rapport au total de solvant peut être comprise entre 5 et 60%.

Des additifs, tels que des tensioactifs, des agents anti-moussants, des agents rhéologiques, tels que des agents épaississants ou des agents fluidifiants, des agents protecteurs anti-UV, des antioxydants, des promoteurs d'adhésion, des plastifiants, des colorants, des agents réticulants, des particules nanométriques conductrices ou métalliques, peuvent également être ajoutés à la composition pour améliorer la formulation de la composition de nanotubes de carbone de l'invention.

Un objet supplémentaire de la présente invention est un film ou revêtement transparent conducteur résultant de la filmification ou du dépôt d'au moins une composition de nanotubes de carbone telle que définie selon la présente invention. La composition de l'invention peut ainsi soit être utilisée sous forme de film autosupporté, soit être déposée sur un support, selon n'importe quelle méthode connue de l'homme de l'art, les techniques les plus utilisées étant le spray coating, le dépôt au jet d'encre, le dépôt au trempé, le dépôt au tire-film, le dépôt au spin-coater, le dépôt par imprégnation, le dépôt par slot-die, le dépôt à la racle, ou la flexogravure.

Selon un mode de réalisation préféré, le film ou revêtement transparent conducteur de l'invention consiste en un polymère réticulé dans lequel des nanotubes de carbone sont répartis de façon sensiblement homogène. Ledit film ou revêtement présente, de préférence, une épaisseur comprise entre 300 nm et 15 μm.

De manière préférée, ledit film ou revêtement transparent conducteur présente une transmission totale de la lumière UV-visible [300 nm - 900 nm] d'au moins 30%, obtenue pour une épaisseur de film de 15 μm maximum.

Ladite transmission est mesurée selon la méthode exemplifïée ci-après dans la partie expérimentale.

La résistance de surface du film ou revêtement transparent conducteur de l'invention peut varier entre 0,1 et 5000 ohms/ carré (Ω/D), et de préférence entre 0,1 et 1000 Ω/D. Ladite résistance de surface est mesurée selon la méthode exemplifïée ci- après dans la partie expérimentale. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de préparation d'un film ou revêtement transparent conducteur tel que défini précédemment, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

(i) dispersion des nanotubes de carbone dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(ii) mélange de la dispersion obtenue à l'étape (i) avec un polymère conducteur en dispersion ou en solution dans de l'eau et/ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire miscible au solvant utilisé lors de l'étape (i), sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(iii) mélange de la dispersion obtenue à l'étape (ii) avec au moins un élastomère et/ ou un polymère thermoplastique en dispersion ou en suspension dans de l'eau et/ ou dans un solvant, ledit solvant pouvant être un solvant organique polaire miscible aux solvants utilisés lors des étapes (i) et (ii), sélectionné parmi le diméthylsulfoxyde (DMSO), le N-méthyl-2- pyrrolidone (NMP), le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétate (DMAc), l'éthylène glycol, l'acétone, les alcools tels que le méthanol, l'éthanol, le butanol et l'isopropanol, ou un mélange desdits solvants,

(iv) application de la composition obtenue à l'étape (iii) sur un support, et

(v) évaporation des solvants par séchage à une température comprise entre 20 et 180°C, pendant une durée comprise entre 5 secondes et 120 minutes.

De préférence, lors de l'étape (i) les nanotubes de carbone de l'invention sont dispersés dans de l'eau ou dans un mélange eau/ solvant organique polaire, et de préférence un mélange eau /diméthylsulfoxyde (DMSO) ou un mélange eau/éthanol, lors de l'étape (ii) le polymère conducteur est dispersé dans de l'eau ou dans un mélange eau /diméthylsulfoxyde (DMSO), et lors de l'étape (iii) l'élastomère et/ ou le polymère thermoplastique sont dispersés dans de l'eau.

La présente invention couvre aussi un article comportant un substrat revêtu d'au moins un film ou revêtement transparent conducteur tel que défini précédemment, ou obtenu selon le procédé décrit ci-dessus, ledit substrat pouvant être constitué d'un matériau choisi parmi le verre, le métal, la céramique, les matériaux conducteurs ou semi- conducteurs et les polymères flexibles. L'article de l'invention peut être revêtu d'une ou de plusieurs couches dudit film ou revêtement transparent conducteur tel que défini selon l'invention.

Ainsi, le film ou revêtement transparent conducteur de l'invention peut être déposé sur tout article comportant un substrat flexible ou rigide, ledit substrat pouvant être transparent, translucide, opaque ou coloré. Parmi les substrats flexibles, on trouve notamment les substrats polymères, ces derniers étant choisis en fonction de leur compatibilité avec le film ou revêtement transparent conducteur, de leur facilité d'utilisation, mais surtout en fonction des propriétés requises par l'application finale visée (tenue à des températures élevées, tenue au vieillissement...). Ainsi, les substrats polymères flexibles sont de préférence choisis parmi le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène naphtalate (PEN), le polyéthersulfone (PES), le polycarbonate (PC), le polysulfone (PSU), les résines phénoliques, époxys, polyesters, polyimides, polyétheresters, polyétheramides, le polyvinyl(acétate), le nitrate de cellulose, l'acétate de cellulose, le polystyrène, les polyoléfines, le polyamide, les polyuréthanes aliphatiques, le polyacrylonitrile, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polyméthyl méthacrylate (PMMA), le polyarylate, les polyétherimides, les polyéthers cétones (PEK), les polyéthers éthercétones (PEEK) et le polyfluorure de vinylidène (PVDF). Le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène naphtalate (PEN) et le polyéthersulfone (PES) sont les substrats polymères flexibles les plus préférés.

Le film ou revêtement transparent conducteur de l'invention peut être déposé sur l'article comportant le substrat à revêtir selon n'importe quelle méthode de dépôt connue de l'homme de l'art, les techniques les plus utilisées étant le spray coating, le dépôt au jet d'encre, le dépôt au trempé, le dépôt au tire-film, le dépôt au spin-coater, le dépôt par imprégnation, le dépôt par slot-die, ou la flexogravure.

Enfin, un dernier objet concerne un dispositif électronique comprenant au moins un article tel que défini selon la présente invention, ledit dispositif étant choisi parmi les cellules photovoltaïques, les écrans à cristaux liquides, les électrodes utilisées dans des dispositifs d'émission de lumière, tels que les diodes électroluminescentes organiques (OLED) ou les diodes électroluminescentes polymériques (PLED) et les écrans tactiles. De façon générale, les dispositifs électroniques de l'invention peuvent concernés tous types de dispositifs électroniques de l'état de l'art comprenant au moins une surface conductrice.

L'invention est maintenant décrite plus en détails au regard des exemples qui suivent. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.

I/ Matières premières

Tableau I

II/ Méthodes de caractérisation

1- Mesure de l'épaisseur du film

L'épaisseur des films transparents conducteurs est mesurée à l'aide d'un profilomètre mécanique Dektak 3030ST.

2- Mesure de la transmission de lumière La transmission de lumière est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre Shimadzu UV 2101 PC sur un spectre UV- visible [300 nm - 900 nm].

3- Mesure de la résistance de surface La résistance de surface (en Ω/D) peut être définie par la formule suivante :

R = Ç = ± σ.e e : épaisseur de la couche conductrice (en cm) , σ : conductivité de la couche (en S/cm) (σ = 1/p), p : résistivité de la couche (en Ω. cm) . La résistance de surface est mesurée à l'aide d'un appareil 4-pointes, modèle Lucas Lab système Pro4. Des contacts en or sont déposés au niveau du contact avec les pointes, afin de faciliter les mesures.

Exemple 1 :

Une composition A est préparée de la façon suivante : On disperse 2,5 mg de nanotubes de carbone MWNTs Graphistrength C100® dans 2,5 mL de DMSO à l'aide d'un bain ultrasons pendant 1 heure. On ajoute ensuite 2,5 mL d'une dispersion PEDOT : PSS Clevios PH 500 ® (HC Starck) ayant un extrait sec de 1,2%, puis on agite au bain ultrasons pendant 1 heure.

Dans 1 g d'un élastomère NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) Synthomer 5130® en suspension dans l'eau (extrait sec de 45%), on ajoute 2,25 mL de la dispersion précédemment préparée, et on agite le mélange à l'aide d'un barreau aimanté pendant 1 A heure.

La composition A préparée présente un ratio en poids nanotubes de carbone/PEDOT : PSS de 1/ 12, un pourcentage en poids de nanotubes de carbone de 0,25% par rapport à la masse de latex sec, et un extrait sec de 15%. A l'aide de la composition A obtenue, on réalise un film d'épaisseur sèche (épaisseur finale) de 12 μm à l'aide d'un tire-film sur une plaque de verre, puis on sèche le film dans une étuve sous vide pendant 30 minutes, avec une rampe de température allant de 25 à 60°C.

Les propriétés du film transparent obtenu sont les suivantes : - résistance de surface : R = 11 Ω/D,

- transmittance : T = 38% à 550 nm.

Exemple 2 :

Une composition B est préparée de la façon suivante : On disperse 2,5 mg de nanotubes de carbone MWNTs Graphistrength

C 100® dans 2,5 mL de DMSO à l'aide d'un bain ultrasons pendant 1 heure.

On ajoute ensuite 2,5 mL d'une dispersion PEDOT : PSS Clevios PH 500 ®

(HC Starck) ayant un extrait sec de 1,2%, puis on agite au bain ultrasons pendant 1 heure.

Dans 1 g d'un élastomère NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) Synthomer 5130® en suspension dans l'eau (extrait sec de 45%), on ajoute 2,25 mL de la dispersion précédemment préparée, et on agite le mélange à l'aide d'un barreau aimanté pendant 1 A heure. La composition B préparée présente un ratio en poids nanotubes de carbone /PEDOT : PSS de 1/ 12, un pourcentage en poids de nanotubes de carbone de 0,25% par rapport à la masse de latex sec, et un extrait sec de 15%.

A l'aide de la composition B obtenue, on réalise un film d'épaisseur sèche (épaisseur finale) de 1,5 μm à l'aide d'un tire-film sur une plaque de verre, puis on sèche le film dans un four pendant 5 minutes, avec une rampe de température allant de 25 à 60°C.

Les propriétés du film transparent obtenu sont les suivantes : résistance de surface : R ≈ 407 Ω/D, - transmittance : T = 69% à 550 nm.

Contre- exemple 1 : (sans ajout d'élastomère)

Une composition C est préparée de la façon suivante : On pèse dans un pilulier 5 mg de nanotubes de carbone MWNTs

Graphistrength C 100®, puis on y ajoute 1 mL d'une dispersion PEDOT : PSS Clevios PH 500® (HC Starck) et 5% en poids de DMSO (0,05 mL).

Le mélange est ensuite dispersé à l'aide d'une sonde à ultrasons pendant 30 minutes. La composition C préparée présente un ratio en poids nanotubes de carbone/PEDOT : PSS de 1/2,4, un pourcentage en poids de nanotubes de carbone de 45% par rapport à la masse sèche totale, et un extrait sec de 0,6%.

A l'aide de la composition C obtenue, on réalise un film d'épaisseur sèche de 2,5 μm à l'aide d'un tire-film sur une plaque de verre, puis on sèche le film dans une étuve sous vide pendant 30 minutes, avec une rampe de température allant de 25 à 60 0 C.

Les propriétés du film transparent obtenu sont les suivantes :

- résistance de surface : R = 10 Ω/D, - transmittance : T = 0% à 550 nm.

Contre-exemple 2 : (sans ajout d'élastomère)

Une composition D est préparée de la façon suivante : On pèse dans un pilulier 1 mg de nanotubes de carbone MWNTs

Graphistrength C 100®, puis on y ajoute 1 mL d'une dispersion PEDOT : PSS Clevios PH 500® (HC Starck) et 1 mL de DMSO.

Le mélange est ensuite dispersé à l'aide d'une sonde à ultrasons pendant 1 heure. La composition D préparée présente un ratio en poids nanotubes de carbone/PEDOT : PSS de 1/ 12, un pourcentage en poids de nanotubes de carbone de 29% par rapport à la masse totale sèche, et un extrait sec de 1,6%.

A l'aide de la composition D obtenue, on réalise un film d'épaisseur sèche de 25 nm à l'aide d'un spin-coater sur une plaque de verre, la réalisation d'un film épais étant impossible, puis on sèche le film dans une étuve sous vide pendant 30 minutes, avec une rampe de température allant de 25 à 60 0 C.

Les propriétés du film obtenu sont les suivantes : - résistance de surface : R = 2. 10 5 Ω/D,

- transmittance : T = 98% à 550 nm.