Caract?risation par ondes acoustiques des surfaces fonctionnalis?es

par Nadine Saad

Thèse de doctorat en ?lectronique. Acoustique et t?l?communications


  • Résumé

    La fonctionnalisation des surfaces permet d?en modifier leur comportement vis-?-vis des propri?t?s physico-chimiques de fluides. Nous avons restreint notre ?tude ? la caract?risation par m?thode acoustique des interfaces microstructur?es silicium-fluide pour lesquelles une gravure physique d?un r?seau de piliers de petites dimensions a ?t? r?alis?e. Les propri?t?s de ces interfaces vis-?-vis des liquides d?pendent de la g?om?trie des gravures, des propri?t?s du fluide et des conditions d?interaction du fluide avec la surface. Notre objectif a ?t? de confronter des mod?les de comportement en terme de mouillabilit? de ces surfaces aux mesures des coefficients de r?flexion des ondes ultrasonores. Une premi?re ?tape du travail a consist? ? mod?liser le coefficient de r?flexion d?une onde ultrasonore incidente sur une surface microtextur?e en fonction de l??tat du liquide sur la surface. Deux ?tats physiques caract?ristiques ont ?t?s ?tudi?s : l??tat o? le liquide reste au sommet des piliers (?tat Cassie) et celui o? le liquide p?n?tre dans le r?seau de piliers (?tat Wenzel). Deux mod?les num?riques ont ?t? d?velopp?s : le premier repose sur la mod?lisation par ?l?ments finis utilisant COMSOL MULTIPHYSICS et le second mod?le num?rique utilise une m?thode explicite aux diff?rences finies.La technique exp?rimentale est fond?e sur une m?thode de mesure du coefficient de r?flexion ?lectrique d?un transducteur ultrasonore haute fr?quence ? l?aide d?un analyseur de r?seau, qui permet apr?s traitement d?en d?duire le coefficient de r?flexion ? l?interface.Les r?sultats originaux obtenus d?montrent qu?une onde acoustique de compression est sensible ? l??tat d?un liquide sur une surface microtextur?e.


  • Résumé

    Surfaces functionalization can change the wetting properties of the surface depending on the physico-chemical properties of fluids. We restricted our study to the characterization by acoustic method of microstructured silicon-fluid interfaces for which a physical etching of a network of small pillars was achieved. The properties of these interfaces depend on the geometry of the etched microtextures, the fluid properties and the interaction between the fluid and the surface. Our objective was to compare modeling and measurements of reflection coefficients of ultrasonic waves at theses interfaces. A first stage of work was to model the reflection coefficient of an ultrasonic wave incident on a microtextured surface depending on the state of the liquid on the surface. Two specific physical states have been studied: The state where the liquid remains at the top of the pillars (Cassie state) and when the liquid penetrates in the network of pillars (Wenzel state). Two numerical models were developed: one basedon finite element modeling using COMSOL Multiphysics and the second numerical model uses an explicit finite difference method. The experimental technique is based on a method measuring the electrical reflection coefficient ofan ultrasonic transducer according to the frequency using a high frequency network analyzer. Signal processing allows deducing the reflection coefficient at the interface. The original results obtained demonstrate that an acoustic compression wave is sensitive to the state of a liquid on a surface microtextured.


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