Domaine, spécialité : Physique des liquides
Mots-Clés : mouillage, polymères, frottement, nanorugosité
Unité d’accueil : LLB / MMB
Résumé
L’objectif de ce projet est de comprendre les mécanismes de dissipation d’énergie lors de l’étalement d’une goutte sur un substrat nano-texturé. Dans le cadre de ce stage, le mouillage de surfaces nano-texturées sera étudié grâce à des techniques conventionnelles de microscopie optique (échelles macroscopiques sondées), et de réflectivité des rayons X (échelles nanoscopiques sondées).
Sujet détaillé
Le mouillage dynamique fait référence aux situations dans lesquelles un liquide s’étale sur une surface : ce phénomène est omniprésent dans notre vie quotidienne, qu’il s’agisse d’une goutte d’eau sur l’herbe ou de l’étalement d’une peinture. Bien que ce processus interfacial soit observé dans de nombreuses applications, la compréhension et la prédiction de la dynamique du mouillage pour un système donné restent un défi en raison de la complexité inhérente à ce processus dynamique. La principale difficulté à décrire ce phénomène réside dans la vaste gamme d’échelles de longueur impliquées, de la taille millimétrique d’une goutte à la gamme nanométrique de l’interaction liquide/substrat.
Les mécanismes de dissipation de l’énergie à la ligne de contact sont encore largement inconnus, en particulier sur les surfaces rugueuses. Sur des surfaces atomiquement plates et chimiquement homogènes, il a été démontré qu’un film, appelé film précurseur, précède la goutte macroscopique. La présence de ce film a été prédite théoriquement, mais a été difficile à observer expérimentalement en raison de sa faible épaisseur (<100 nm). En pratique, la plupart des substrats présentent une rugosité nanométrique, proche de l’épaisseur du film précurseur. La question de l’existence et de la dynamique de propagation d’un tel film sur ces surfaces reste entièrement ouverte.
Le but de ce projet est de comprendre comment la rugosité nanométrique affecte la dynamique d’étalement spontané d’un liquide. Notamment, un film précurseur peut-il se former et se propager ? Nous proposons des expériences modèles systématiques qui permettent une visualisation et une caractérisation multi-échelle de l’étalement d’un polymère liquide.
Dans le cadre de ce stage, l’étudiant préparera et caractérisera (microscopie à force atomique) les surfaces nano-texturées purement topographiques. Il étudiera ensuite le mouillage de ces surfaces avec des polymères liquides (huiles de silicone) de différents poids moléculaires (donc de différentes viscosités). Les techniques conventionnelles de microscopie optique seront utilisées pour sonder les échelles macroscopiques (voir figure). Les films précurseurs nanométriques seront étudiés par réflectivité des rayons X (XRR, dispositif au LLB).
Ce stage fait partie d’un projet ANR financé. Il peut être suivi d’une thèse offerte au candidat. L’objectif de la thèse sera de décrire les mécanismes de dissipation d’énergie (visqueux, viscoélasticité, frottement…) à la ligne de contact pour l’étalement d’un polymère liquide sur 1) une rugosité nanométrique purement topographique et 2) sur un nano-revêtement chimique, de type brosse de polymère.
Lieu du stage
CEA-Saclay, 91 Essonne, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 3 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 8 octobre 2024
Compétences requises
Langue : Anglais
Méthodes, techniques :
- microscopie de fluorescence
- microscopie à force atomique
- réflectivité de neutrons et rayons-X
- préparation et caractérisation de surfaces nanotexturées
Langages informatiques et logiciels :
Python/Matlab
Responsable du stage
Marion Grzelka
Tél. : 0169086057
Email :