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Contact et mouillage de couches minces d’hydrogels

A. Chateauminois, J. Delavoipière, Y. Tran et E. Verneuil

Pour la fonctionnalisation de certains produits verriers, on envisage de plus en plus souvent d’utiliser des couches minces de gels ou d’élastomères. Or ces couches se révèlent souvent fragiles, en particulier à l’état hydraté, lorsqu’elles sont soumises à l’action combinée de sollicitations mécaniques induites par des contacts et de contraintes liées au gonflement de la couche en atmosphère humide. L’optimisation des propriétés fonctionnelles et la durabilité de ces revêtements repose sur une meilleure compréhension physique du couplage entre l’élasticité des réseaux, la condensation et la diffusion du solvant à partir de la phase vapeur et la présence de contraintes mécaniques.

Nous étudions ainsi les liens entre les propriétés élastiques de couches minces (quelques µm à l’état gonflé) de réseaux d’hydrogels, leur état de gonflement et leurs propriétés de frottement en nous appuyant sur une étude expérimentale du contact et du mouillage de ces couches. Elaborés au laboratoire, des réseaux de structure contrôlée obtenus par chimie click nous permettent, en jouant sur la nature chimique des constituants et leur architecture (taux de réticulation), de faire varier les paramètres d’élasticité et de gonflement des couches.


Elaboration de réseaux modèles d’hydrogels par click-chemistry

Des premiers développements portent sur le contact poroélastique de ces couches fortement confinées dans des contacts entre substrats rigides (verre). Un modèle de contact développé dans la limite des géométrie confinées nous a permis de décrire en lois d’échelle la dépendance des cinétiques d’indentation vis à vis des conditions de contact et des propriétés mécaniques et diffusives des couches. Nous avons également montré que l’amplification des contraintes liées au confinement pouvait induire des transitions (transition vitreuse, LCST) au cours du drainage poroélastique.


Drainage poroélastique d’une couche de PDMA confinée dans un contact. L’augmentation de la raideur latérale de contact au cours du drainage du film est induite par le passage de la transition vitreuse.

D’autres investigations portent sur les cinétiques de gonflement de ces films et la formation de buée à leur surface quand ceux-ci sont refroidis et soumis à un flux d’air humide.

Références

J. Delavoipière, Y. Tran, E. Verneuil and A. Chateauminois, Poroelastic indentation of mechanically confined hydrogel layers, Soft Matter 12 (2016) 8049-8058