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Effet de pression osmotique pour l’étalement et le séchage de gouttes d’eau sur des films minces de polymères

Nous avons étudié l’étalement de gouttes d’eau sur wafers de silicium recouverts par un fin revêtement polymère (quelques centaines de nanomètres). Nous avons utilisés des polymères neutres et deux types de polymères chargés : des polyélectrolytes, comprenant un seul type de charges et les polymères zwitterioniques dont les monomères comportent 2 charges opposées. Nous avons vu que lors de la phase d’étalement, la présence de sel dans le revêtement polymère accélère la dynamique quelque soit le polymère utilisé, ce qui est dû à une modification de l’énergie de surface du revêtement par le sel.

Une fois l’étalement terminé, commence la phase de reculée de la ligne de contact où l’évaporation entre en jeu. Le polymère, qui n’est pas greffé au substrat, se dissout dans la goutte et crée une zone très concentrée en bord de goutte (Figure 1). Il en résulte un gradient de concentration entre le coin et le milieu de la goutte. Nous avons montré que dans le cas des polymères chargés, il existe un flux d’eau d’origine osmotique qui tend à regonfler la goutte et à piéger la ligne de contact. Au contraire, dans le cas des polymères neutres ou des polymères chargés contenant du sel, la pression osmotique est plus faible et la ligne de contact recule lors du séchage (Figure 2).

En résumé, jouer sur la nature du polymère permet de contrôler la trace laissée par une goutte d’eau sur un revêtement polymère !

Tay et al., à paraître dans Soft Matter

Figure 1. Schéma de la zone concentrée en bord de goutte

Figure 1. Schéma de la zone concentrée en bord de goutte

Figure 2. Dépôt laissé après évaporation complète des gouttes. De gauche à droite :
- polymère neutre, la ligne de contact recule,
- polymère chargé, la ligne de contact est piégée et le polymère dissout dans la goutte s’accumule à la ligne de contact,
- polymère zwitterionique, la ligne de contact est piégée.