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Dynamique de mouillage pseudo-partiel : influence de l’épaisseur de silice et rôle de l’eau

Laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière Molle, (SIMM)

Adresse:ESPCI, 10 Rue Vauquelin 75005 Paris

Directeur du laboratoire : Christian Frétigny

Responsables du stage : Claire Schune, Emilie Verneuil, Hélène Montes, François Lequeux

Contact : E. Verneuil, H. Montes, F. Lequeux / 0140794742, 0140794516

   

Projet scientifique :
Lorsque l’on dépose une goutte de liquide sur une surface solide, le liquide va « mouiller » plus ou moins efficacement la surface.
Ce mouillage vu à l’échelle macroscopique est régi par la physique de la ligne triple (liquide/solide/air) et est caractérisé par un angle de contact, et éventuellement une vitesse d’avancée de la ligne de contact.
En réalité, les interactions à l’échelle nanométrique – Van der Waals, confinement – peuvent rendre la situation très complexe. Des films « précurseurs », d’épaisseurs nanométriques, qui se raccordent au bord de goutte, peuvent s’étaler spontanément et très rapidement sur des surfaces, alors que la goutte présente macroscopiquement un angle de contact non nul et une ligne de contact quasi-immobile. Cette situation correspond au mouillage pseudo-partiel et se rencontre fréquemment pour les polymères fondus. Ces derniers sont des systèmes particulièrement adaptés pour l’étudier car des situations de mouillage très contrastées peuvent être obtenues en jouant de façon simple avec la physico chimie du polymère (indice optique, longueur des chaines, etc..).

Figure 1 : Observation en ellipsométrie d’une goutte de polymère en situation de mouillage pseudo-partiel. Un film précurseur d’environ 1 nm d’épaisseur est visible en bleu clair.

Trois problématiques chercheront à être investiguées lors de ce stage.

  1. Mise en évidence d’une transition mouillage pseudo partiel/ mouillage total lorsque l’épaisseur de la couche d’oxyde en surface du wafer varie. Pour mieux comprendre ce phénomène nouveau, on mesurera les variations de rayon et d’angle de contact à l’échelle macroscopique avec un montage de micromanipulation de gouttes.
  2. Une fine couche d’eau de quelques Angström est toujours présente à la surface du wafer, mais le rôle qu’elle joue sur la dynamique d’étalement des gouttes n’est pour le moment pas totalement compris. Pour cela, on comparera l’étalement de polymères fondus observé à des taux d’humidité contrôlée. En quoi est-il influencé en condition humide par la présence de groupements hydroxyles sur la chaine polymère ?
  3. Il est possible de déposer une goutte de polymère sur le film précurseur d’une autre goutte. On cherchera alors à comprendre l’influence de ce dernier sur la dynamique d’étalement de la seconde goutte ainsi que sur son film, dont le profil d’épaisseur peut être obtenu par ellipsométrie.

Selon les goûts de l’étudiant, une phase d’optimisation du montage de micromanipulation de gouttes pourra être envisagée, notamment en ce qui concerne le design de la cellule étanche et le dispositif de dépôt de goutte.

Ce stage est fait en collaboration avec la société SOLVAY.
Techniques utilisées : Micromanipulation de gouttes, Ellipsométrie possible
Qualités du candidat requises : curiosité scientifique, rigueur et goût pour l’expérimental
Rémunération éventuelle du stage : oui

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