Eumelanin Pigment for Green Organic Electronics : Band Structure, Nanoscale, and Magnetic Properties

Nous vivons dans une époque où les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE) représentent des déchets solides dont la quantité est en croissance rapide, contribuant à la pollution environnementale. Cette thèse de doctorat s'est focalisée sur le bio-pigment « eumélanine », un candidat potentiel pour le développement d'électronique organique verte, qui vise à atténuer les problèmes liés aux DEEE. L'eumélanine présente une conductivité ionique-électronique mixte qui dépend de l'humidité, prometteuse pour les applications basées sur la transduction ioniqueélectronique dans les signaux biologiques et les applications de semi-conducteurs organiques. Explorer cette propriété nécessite encore des études approfondies sur les structures électroniques et morphologiques du bio-pigment. À cet égard, nous avons étudié sa structure de bandes d’énergie, ses nanostructures et ses propriétés magnétiques pour éclairer son comportement semi-conducteur. Premièrement, nous avons localisé les plus hautes orbitales moléculaires occupées et les plus basses orbitales moléculaires non occupées (HOMO et LUMO) des couches produites à partir des monomères d'eumélanine chimiquement contrôlées (DHI et DHICA). Différentes méthodes de production de couches ont été utilisées, à savoir le revêtement par rotation de la solution et l'évaporation thermique, tout en considérant différentes atmosphères lors de la formation des couches après la déposition, (c'est-à-dire une atmosphère riche en ammoniac, une atmosphère où l'oxygène et l'humidité sont contrôlés, et une évaporation thermique sous vide). Les méthodes de photoémission inverse et directe ont montré que les emplacements des niveaux d’énergie HOMO et LUMO se situent dans les marges de 5,34-5,80 eV et 3,80-4,0 eV, respectivement par rapport au niveau du vide. Les résultats ont montré une forte dépendance de la structure des bandes d’énergie des couches d'eumélanine sur la méthode de déposition ainsi que la structure moléculaire des monomères. Deuxièmement, nous avons utilisé la microscopie à force atomique (AFM) et l'AFM conductrice pour élucider la structure nanométrique et la réponse électrique de Sepia eumélanine. Les images d'AFM ont montré des granules quasi-sphériques comportant des protubérances à leur surface, avec une largeur moyenne d'environ 18,5 ± 6,4 nm et une hauteur moyenne d'environ 3,0 ± 1,6 nm. Les protubérances sont compatibles avec les sous-unités de granule considérées dans le développement hiérarchique de Sepia eumélanine, tel que proposé dans la littérature.