Study of the interaction between a liquid film and a local probe

par René Ledesma Alonso

Thèse de doctorat en Dynamique des fluides

Sous la direction de Philippe Tordjeman et de Dominique Legendre.

  • Titre traduit

    Étude de l'interaction entre un film liquide et une sonde locale


  • Résumé

    L’interaction statique et dynamique entre une sonde locale et un film de liquide provoque la déformation de ce dernier. Ce phénomène a été décrit par des équations analytiques, qui ont été analysées et résolues numériquement. Les potentiels d’interaction sonde/liquide et liquide/substrat ont été déduits à partir de l’intégration des forces de dispersion. La différence de pression à travers l’interface air/liquide a été calculée avec une équation de Young-Laplace modifiée, qui prend en compte les effets de la gravité, de tension superficielle, ainsi que les potentiels d’interaction liquide/substrat et sonde/liquide. Pour le cas statique, l’équation modifiée de Young-Laplace en équilibre a été examinée. La théorie de la lubrification a été utilisé pour décrire l’évolution du film liquide, afin d’analyser le phénomène dynamique. Des simulations numériques de la forme de la surface d’équilibre et de l’évolution dynamique du film ont été réalisées. Des comportements stables et instables ont été discernés, et les résultats ont confirmé l’existence d’une distance de seuil, pour le cas statique, et d’une combinaison de paramètres d’oscillation, pour la situation dynamique, pour lesquelles le saut du liquide vers la sonde se produit. Une analyse théorique a confirmé l’existence de conditions critiques qui séparent les régimes de comportement. Ces conditions critiques indiquent le rôle des paramètres physiques et géométriques dans la stabilité du système. Pour le cas dynamique, les résultats préliminaires sont rapportés et une interprétation qualitative du phénomène est formulée. En outre, des expériences de spectroscopie AFM de force et amplitude ont été effectuées et comparées avec les résultats numériques.


  • Résumé

    The static and dynamic interaction between a local probe and a liquid film provokes the deformation of the latter. This phenomenon has been described by means of analytical equations, which had been analyzed and numerically solved. Probe/liquid and liquid/substrate interaction potentials have been deduced from the integration of the dispersion forces. The pressure difference across the air/liquid interface has been calculated with a modified Young-Laplace equation, which takes into account the effects of gravity, surface tension, the liquid film/substrate and the probe/liquid interaction potentials. For the static case, the equilibrium modified Young-Laplace equation has been considered. The lubrication theory has been used to describe the liquid film evolution, in order to analyze the dynamic phenomenon. Numerical simulations of the equilibrium surface shape and the dynamic evolution of the film have been performed. Stable and unstable behaviors had been discerned, and results confirmed the existence of a threshold distance, for the static case, and a combination of oscillation parameters, for the dynamic situation, for which the jump of the liquid to contact the probe occurs. A theoretical analysis confirmed the existence of critical conditions separating the behavior regimes. This critical conditions indicate the role of the physical and geometric parameters in the system stability. For the dynamic case, preliminary results are reported and a qualitative interpretation of the phenomenon is formulated. In addition, AFM force and amplitude spectroscopy experiments had been performed and compared with the numerical results.


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