Microscope a force atomique et imagerie mecanique

par PIERRE-EMMANUEL MAZERAN

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de JEAN-LUC LOUBET.

Soutenue en 1998

à l'ECOLE CENTRALE DE LYON .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Les microscopes a force atomique (afm) et a force laterale (lfm) permettent de realiser des images topographiques et en force de frottement de materiaux de nature tres variee, avec des resolutions nanometriques. Cette these a deux objectifs. Le premier consiste a etendre les capacites de l'appareil a l'imagerie mecanique quantitative des raideurs du contact pointe/surface. Le second consiste a determiner les proprietes elasto-plastiques d'une surface a partir des valeurs des raideurs du contact pointe/surface en utilisant les theories du contact elastiques ou plastique. Dans un premier temps, nous avons caracterise les proprietes mecaniques et geometriques du microlevier afm. La raideur en flexion du microlevier est determinee a partir de sa frequence de resonance. La courbure de l'extremite de la pointe est extraite d'images topographiques realisees sur une surface modele. Dans un second temps, nous avons compare et analyse les techniques de modulation de force (fm) directe et indirecte. Ces techniques permettent de mesurer de maniere qualitative les proprietes mecaniques de la surface. Elles consistent a mesurer la variation d'indentation de la surface provoquee par une variation de la force normale. En utilisant un modele bidimensionnel, nous montrons que le contraste dans les images fm est essentiellement du a la force laterale appliquee sur la pointe. On peut neanmoins mesurer de maniere approchee le module d'elasticite de la surface en utilisant des leviers de grandes raideurs, compte tenu de la nature elasto-plastique du contact. Dans un troisieme temps, nous avons developpe une methode dynamique d'acquisition du signal lfm pour realiser des images en frottement et des images en raideur laterale du contact. Apres avoir etalonne le signal lfm en terme de force laterale, nous pouvons obtenir une image quantitative en raideur laterale du contact pointe/surface. La quantification du module d'elasticite de la surface donne des resultats satisfaisants.


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Informations

  • Détails : 159 p.
  • Annexes : 152 ref.

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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