Mécanismes de mouillage dynamique pour des systèmes modèles

Le sujet de thèse concerne les procédés qui mettent en contact un substrat solide et un liquide, et plus particulièrement les procédés de fabrication de revêtements de protection sur des substrats par immersion dans un liquide (dip coating). Le liquide entraîné par le substrat à son émersion constitue le revêtement après sa solidification, sa cristallisation ou sa polymérisation suivant le procédé concerné (par exemple, galvanisation, peinture, films anti-reflets). La qualité des revêtements dépend fortement de la mouillabilité du substrat par le liquide. Un défaut présent sur le substrat, qui serait non mouillé par le liquide, peut entraîner une bulle de gaz à l’interface liquide / substrat et provoquer un manque dans le revêtement final.

Les recherches dans ces domaines présentent plusieurs difficultés expérimentales, comme les hautes températures ou l’oxydation pour les métaux liquides ou la chimie des longues chaînes moléculaires pour les polymères. Pour ces raisons, nous proposons d’étudier les mécanismes fondamentaux du mouillage à température ambiante pour des systèmes modèles bien choisis. L’eutectique gallium-indium (EGaIn), liquide à température ambiante, sera mis en contact soit avec un oxyde de cuivre pour le cas d’un mouillage non réactif soit avec du cuivre métallique. Dans ce second cas, le mouillage est réactif avec la dissolution du cuivre et la formation rapide du composé intermétallique CuGa₂. L’objectif de la thèse est d’étudier l’effet de défauts de surface sur le mouillage et le déplacement de la ligne triple dans ces deux systèmes modèles.

Les grandes étapes du travail seront :

1. d’élaborer des défauts de surface bien contrôlés sur le cuivre et l’oxyde de cuivre avec une sonde ionique focalisée (Focused Ion Beam, FIB) ;
2. d’étudier l’effet de ces défauts de surface sur le mouillage dans le système réactif Cu-EGaIn et dans le système non réactif oxyde de cuivre-EGaIn (angles de contact d’avancée et de recul mesurés avec un tensiomètre à gouttes, angles de contact dynamiques pour des temps inférieurs à 0,1 s déterminés dans un système de chute de goutte avec une caméra rapide et par traitement d’images) ;
3. d’observer l’interface entre Cu et EGaIn par des techniques avancées de caractérisation des matériaux (microscopie électronique à balayage et en transmission), en particulier dans les défauts de surface ;
4. de comprendre les mécanismes locaux du mouillage et de modéliser l’étalement dynamique des gouttes de métal liquide.