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Accueil du site > Nanostructuration de surface et friction des polymères

PROPOSITION DE SUJET DE THESE
Années 2009-2012

Nom Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides

Code d’identification CNRS : UMR8502

Nom du responsable de la thèse : Liliane Léger et Frédéric Restagno Téléphone : 01 69 15 70 78 e-mail : leger@lps.u-psud.fr restagno@lps.u-psud.fr

Lieu de la thèse : Batiment 510, Centre Universitaire, 91405 ORSAY

 

TITRE : Nanostructuration de surface et friction des polymères

 

Projet scientifique :

Le groupe est impliqué depuis plusieurs années dans plusieurs programmes expérimentaux visant à identifier les mécanismes moléculaires de la friction aux interfaces fluides simples – solides, polymères à l’état liquide fondu – solide, élastomère – solide. Pour les interfaces fluide simple – solide, nous avons mis en évidence que la condition aux limite pour la vitesse d’écoulement à la paroi solide n’était pas toujours une condition de vitesse nulle, contrairement à ce que postule l’hydrodynamique, et que le degré de glissement à la paroi était fortement dépendant de la mouillabilité de la surface solide par le fluide, et de la rugosité de surface, et ce, dès les très faibles rugosités, aux échelles nanométriques. Dans le cas de fluides polymères, nous avons montré que la présence de quelques macromolécules ancrées sur la surface solide affectait profondément la friction, conduisant à une transition de faible à fort glissement à la paroi lorsqu’on augmente le taux de cisaillement du fluide. Cette transition est liée à un mécanisme d’étirement progressif des chaînes ancrées en surface, sous l’effet des forces de friction, puis à leur puis de-enchevêtrement des chaines de volume à étirement suffisant, désenchevêtrement qui abaisse de façon importante la friction. L’ensemble de ces résultats a été obtenu au moyen d’une technique originale de vélocimétrie Laser en champ proche, qui permet de mesurer la vitesse locale du fluide au voisinage immédiat (50 à 100 nm) de la paroi solide. Une expérience très simple, schématisée ci-dessous et qui permet de mesurer directement la force de friction mise en jeu lorsqu’on déplace latéralement une petite lentille élastomère poussée au contact d’une surface portant des macromolécules greffées de façon contrôlée nous a permis de vérifier de façon quantitative les modèles moléculaires développés pour décrire ces phénomènes de friction médiés par l’étirement – désenchevêtrement des macromolécules ancrées en surface. A ce jour, on ne sait cependant rien du rôle de la rugosité de surface sur ce mécanisme.

Durant ce stage, il s’agira d’une part de fabriquer diverses surfaces solides, portant des nanostructurations (nanolithographie de surface, utilisation d’instabilités élastiques de films minces, …….) puis de les décorer de couches de polymères ancrées, et finalement d’étudier comment ces nanorugosités affectent la friction vis-à-vis d’une lentille d’élastomère de même nature chimique que les chaînes de surface, avec le dispositif schématisé ci-dessus

Mots clés : nanostructuration de surface, relations friction- rugosité, interface élastomère – solide. Technique : Mise en œuvre techniques de nanosructuration de surface, caractérisation par AFM, mesure de friction