Titre original :

Conception et caractérisation de surfaces flexibles superomniphobes : phénomène d'hystérésis et dépôt contrôlé de nano-volumes

Titre traduit :

Design and characterization of flexible superomniphobic surfaces : hysteresis phenomena and nano-scale controlled volumes

Mots-clés en français :
  • Surfaces superomniphobes

  • Microfluidique
  • Mouillage (chimie des surfaces)
  • Surfaces hydrophobes
  • Angle de contact
  • Micro-fabrication
  • Fonctionnalisation des surfaces (chimie)
  • Siloxanes
  • Hystérésis
  • Langue : Français
  • Discipline : Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications
  • Identifiant : 2012LIL10087
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 18-12-2012

Résumé en langue originale

Sur une surface superhydrophobe, les gouttes d'eau rebondissent ou roulent grâce au piégeage de poches d'air entre les microstructures (état « Fakir »). Cependant, cette même surface est inefficace vis à vis d'une goutte d'alcool qui s'imprègne dans les aspérités. Afin d'étendre l'effet superhydrophobe à une large gamme de liquides, il est nécessaire de fabriquer des microstructures présentant une géométrie dite « ré-entrante ». Ces surfaces sont alors dites superomniphobes. Dans un premier temps, nous présentons deux procédés de fabrication permettant d'obtenir de telles surfaces à base de polymère, ou à base de polymère et de nitrure de silicium. Dans un second temps, nous étudions les propriétés d'adhésion (hystérésis d’angle de contact) de ces surfaces en fonction des paramètres géométriques des microstructures. Les résultats mettent en évidence un effet de saturation non décrit par les modèles théoriques existants. Afin de contribuer à la compréhension des mécanismes physiques responsables de ce phénomène, nous présentons une expérience permettant d'imager la déformation de l'interface liquide sur ces surfaces. Les mesures montrent la formation de micro ponts liquides durant le démouillage. Nous montrons que l'analyse des modes d'instabilité de ces ponts liquides permet de justifier qualitativement la saturation observée. Ces expériences mettent également en évidence le dépôt de nano-volumes de liquide sur les structures suite au démouillage de la surface. L'hétérogénéité de ces dépôts est corrélée à la dynamique de la ligne triple. Ce phénomène présente des perspectives intéressantes pour le dépôt contrôlé et passif de colloïdes ou biomatériaux.

Résumé traduit

On a superhydrophobic surface, water drops rebound and roll off due to trapping of air pockets between micro or nano structures (“Fakir” state). However, the same surface is inefficient toward alcohol drops which spread in the asperities.In order to extend the superhydrophobic effect to a wide range of liquids, it is necessary to design microstuctures with a “re-entrant” geometry. These surfaces are then called superomniphobic. In a first time, we present two microfabrication processes enabling to obtain such surfaces in polymer, or in polymer and silicon nitride. In a second time, we study the adhesion properties (contact angle hysteresis) as a function of microstructures geometrical parameters. The results point out a saturation effect which is not described by actual models. In order to better understand the underlying physical mechanisms responsible for this phenomenon, we present an experiment enabling to visualize the liquid interface deformation on these surfaces. Measurements show that dewetting occurs through the formation of micro capillary bridges. By analyzing the instability modes of these liquid bridges, we show that it is possible to qualitatively demonstrate the observed saturation effect. The experiments also point out the presence of nano-scale liquid volumes on the micro-structures resulting from de-wetting of the surface. The heterogeneities of these deposits is correlated to the triple line dynamic. The phenomenon presents interesting perspectives for the controlled and passive deposition of colloids or bio-materials.

  • Directeur(s) de thèse : Senez, Vincent - Boukherroub, Rabah
  • Laboratoire : Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (1992-....)
  • École doctorale : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

AUTEUR

  • Dufour, Renaud
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