Surfaces très hydrophobes ou très hydrophiles : préparation et application

Résumé du document

La recherche et la mise au point de surfaces non-mouillantes, en particulier vis-à-vis de l'eau, sont des enjeux importants de la science des interfaces. Idéalement, de telles surfaces doivent avoir des propriétés d'évacuation ou de séchage qui les rendent intéressantes pour bien des applications pratiques (revêtements de salles de bain, flacons, vitres, matériaux imperméables, etc.).
Pour mieux comprendre le phénomène de mouillabilité nous allons, dans une première partie, le définir et comprendre les phénomènes responsables de la mouillabilité. Nous verrons ensuite les moyens d'analyse qui permettent de caractériser ce phénomène et d'en voir les micro-structures responsables. Dans une troisième partie nous nous intéresserons aux différentes techniques disponibles pour avoir des surfaces très hydrophobes ou très hydrophiles. Enfin nous verrons quelques applications directes de ces phénomènes.

Extraits

[...] Dans une troisième partie nous nous intéresserons aux différentes techniques disponibles pour avoir des surfaces très hydrophobes ou très hydrophiles. Enfin nous verrons quelques applications directes de ces phénomènes Partie théorique 2.1 Définition La mouillabilité est l'aptitude d'une surface à être mouillée par une matière donnée Interface : généralités Une interface peut être définie, de la façon la plus générale, comme étant la zone qui sépare deux milieux A et B. Ces milieux doivent différer par au moins une des propriétés suivantes : - composition chimique ; - nature des phases : solides, variétés cristallines, liquides, gaz ; - orientation cristalline (grains) ; - ordonnancement (ordre - désordre) ; - orientation du spin des électrons (domaines magnétiques). [...]

[...] Plusieurs modèles ont été développés pour déterminer ces inconnues. Modèle de Neumann : Dans ce modèle on ne distingue pas les différentes composantes de l'énergie de surface et on n'essaie pas non plus de les relier aux propriétés physico-chimiques du matériau. L'équation reliant les composantes à l'angle de contact s'écrit : L'utilisation de cette équation doit être limitée à des systèmes qui ne sont pas trop polaires, et pour les comparaisons, aux valeurs obtenues avec un même liquide. Modèle de Owens et Wendt : Dans le modèle de Owens et Wendt on considère que l'énergie de surface s'exprime sous la forme : Dans laquelle : -γSd composante dispersive -γSp composante non-dispersive L'équation reliant les composantes à l'angle de contact s'écrit alors : Dans ce modèle on a besoin de deux liquides différents pour obtenir l'énergie de surface. [...]

[...] Elle joue un rôle important en corrosion atmosphérique, en application de peintures ou d'autres revêtements. On caractérise la mouillabilité par l'angle de contact θ qui dépend des trois tensions interfaciales γSV, γSL et γLV agissant sur la ligne de contact entre les phases solide liquide et gazeuse A l'équilibre, la somme des forces parallèles à la surface du solide est nulle. Il en résulte la relation: Où ; γSV, γSL et γLV désignent respectivement la tension superficielle des interfaces solide/vapeur, solide/liquide et liquide/vapeur (figure 1). [...]

[...] Avant d'obtenir de telles textures rugueuses, qui favorisent la super-hydrophobicité, il faut s'assurer d'avoir les outils nécessaires à l'analyse de ces surfaces Moyens d'analyses 3.1 Goniomètre La méthode consiste à mesurer l'angle de la tangente du profil d'une goutte déposée sur le substrat, avec la surface du substrat. Elle permet de mesurer l'énergie de surface du liquide ou du solide. En pratique, une goutte de liquide, en général de l'eau ultra pure, est déposée à l'aide d'une seringue sur la surface de l'échantillon à analyser. La mesure de l'angle se fait à partir d'images capturées par un PC via une caméra. [...]

[...] Surface d'une feuille de lotus, vue au microscope électronique. La microscopie électronique à transmission est utilisée pour la caractérisation de microstructures et nano structures d'une grande variété d'échantillons Cette technique procure des informations sur la morphologie, ce qui nous intéresse tout particulièrement (résolution égale ou inférieure à 0,1nm) Le microscope à force atomique (ou AFM pour Atomic Force Microscope) peut servir à visualiser la topologie de la surface d'un échantillon ne conduisant pas l'électricité. Le principe se base sur les interactions entre l'échantillon et une pointe montée sur un microlevier. [...]