Phénomène demouillage aux petites échelles sur des substrats non structurés et structurés : films minces de cristaux liquides et propriétés de mouillage des liquides ioniques aux petites échelles

• Auteur / Autrice : Céline J. E. Richard
• Direction : Anne-Marie Cazabat, John Ralston
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des liquides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 6 en cotutelle avec University of South Australia (Adelaïde)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides ioniques

Cristaux liquides -- Couches minces

Mouillage (chimie des surfaces)

Résumé

A une époque où la miniaturisation est l'un des principaux défis de la science, la physique du mouillage aux petites échelles est loin d'être complètement comprise. Le rôle structurant des interfaces, les hétérogénéités du substrat ou l'occurrence d'effets dits de ligne commencent à se faire sentir. Le but de la présente thèse, expérimentale, est d'apporter de nouveaux indices permettant le développement des analyses théoriques. Deux systèmes à petite échelle et complexes ont été étudiés: les films minces de cristaux liquides sur substrat liquide et les précurseurs de liquides ioniques sur substrats solides. La description des propriétés de mouillage des cristaux liquides nématiques nécessite deux ingrédients s'ajoutant à ceux des liquides usuels : l'élasticité, qui est source d'interactions à longue portée et l'ancrage qui décrit le rôle spécifique joué par les conditions aux limites. Sur un substrat liquide, les films minces nématiques avec des conditions d'ancrage antagonistes montrent des structures complexes ainsi qu'une coexistence d'épaisseurs. Différents systèmes ont été étudiés au microscope optique dans la gamme de température nématique et aux alentours de la transition nématique / isotrope. Les résultats ont été comparés aux modèles disponibles qui sont basés sur une théorie continue de l'élasticité nématique. Les liquides ioniques sont des sels surfondus à température ambiante. Ils sont devenus omniprésents dans l'industrie, ce qui explique que la compréhension de leur mouillage soit un sujet brûlant. De faibles quantités de liquides ioniques ont été déposées sur différents substrats, lisses ou rugueux. Le paysage que l'on obtient, gouttelettes et films minces, a été imagé par AFM (Atomic Force Microscopy). Les résultats ont été comparés aux modèles disponibles pour les films minces et les gouttes nanoscopiques

At a time where miniaturization is one of the main challenges in science, the physics of wetting at small-scales is far from being completely understood. The structuring role of the interface(s), the heterogeneities of the substrate or the occurence of line effects over surface effects begin to matter. The aim of the present experimental PhD thesis is then to bring new clues to help the development of theoretical analysis. Two complex small-scale systems are studied: thin films of nematic liquid crystals on liquid substrates as well as droplets and precursors of ionic liquids on solid substrates. Compared to an usual liquid, two ingredients must be added to describe the wetting properties of nematic liquid crystals: elasticity which is the source of long range interactions and anchoring which describes the specificic role played by the boundary conditions. On a liquid substrate, thin films with antagonist anchorings exhibit complex structures and thickness coexistence. Different systems were studied under optical microscope both in the nematic rangeand around the nematic / isotropic transition. The results were compared to available models based on continuum theory of nematic elasticity. Ionic liquids are molten salts at ambient temperature. They are now ubiquitous in industry, which explains that their wetting behaviour on small-scales is a hot topic. Small quantities of ionic liquid were deposited on several substrates, smooth or rough. The landscape obtained, droplets and thin films, was then imaged using Atomic Force Microscopy (AFM). The results were compared to available models for thin films and nanoscopic drops.