Fabrication par pervaporation microfluidique de matériaux composites d'architecture et de composition contrôlées pour la réalisation de MEMS organiques

par Cédric Laval

Thèse de doctorat en Physico-chimie de la matière condensée

Sous la direction de Jean-Baptiste Salmon et de Philippe Poulin.

Soutenue le 11-12-2015

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) , en partenariat avec Laboratoire du Futur (Bordeaux) (laboratoire) .

Le président du jury était Isabelle Dufour Dabadie.

Le jury était composé de Eric Cattan.

Les rapporteurs étaient Anne-Marie Gué, José Bico.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur la réalisation de MEMS organiques dans un dispositif original, le microévaporateur, couplant la technique MIMIC (Micromolding in Capillaries) à la pervaporation microfluidique. Il est expliqué comment le phénomène de pervaporation peut être utilisé pour concentrer des solutions polymériques diluées jusqu'à l'obtention de matériaux composites dans des géométries de dimensions typiques 25 μm x 100 μm x 10 mm. Il a été montré qu'il est possible d'établir des modèles décrivant cette croissance en excellent accord avec l'expérience et l'étude de l'influence de différents paramètres (concentration, géométrie...) sur la croissance a alors permis de prédire les vitesses de croissance des matériaux composites. Deux systèmes ont été réalisés à partir de ces derniers, associés à deux effets : l'effet bilame thermique et l'effet piezorésistif mettant en avant une preuve de concept d'une nouvelle voie de fabrication des MEMS organiques : la voie microfluidique. Un dispositif plus complexe comprenant également des vannes microfluidiques a permis de programmer des matériaux à gradients de composition dans la longueur de divers matériaux allant des cristaux colloïdaux aux matériaux polymères.

  • Titre traduit

    Fabrication of composite materials with controlled composition and architecture using microfluidics for the making of organic MEMS


  • Résumé

    This work deals with the making of organic MEMS within an original device, the microevaporator, coupling the MIMIC technique (Micromolding in Capillaries) and microfluidic pervaporation. It is shown how the pervaporation phenomenon can be used to concentrate polymeric diluted solutions until we obtain composite materials into geometries with typical dimensions about 25 μm x 100 μm x 10 mm. We showed that it is possible to establish models which describe this growth in excellent agreement with experiments and the study of the influence of different parameters (concentration, geometry...) upon the growth thus allowed us to predict the growth velocities of those composite materials. Two systems have been made associated to two effects : bimetallic strip effect and piezoresistive effect in order to demonstrate a new proof of concept of a new way to make organic MEMS using microfluidics. A more complex device including microfluidic valves allowed us to encode materials with a gradient of composition within their largest dimension from colloidal cristals to polymeric materials.


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