Synthesis of smooth and microtextured films by acetylene magnetron discharge: Study of growth mechanisms and fabrication of superhydrophobic surfaces

Résumé

Les surfaces superhydrophobes sont utilisées pour limiter la buée, le givre ou le dépôt de salissures. Elles sont souvent qualifiées de surfaces “autonettoyantes”, non-mouillantes ou qui repoussent l’eau. Il existe des surfaces naturelles superhydrophobes, telles que les feuilles de Lotus (Nelumbo nucifera). Ces feuilles sont toujours propres car les gouttes d’eau forment des sphères très peu adhérentes à la surface. Elles peuvent par conséquent facilement rouler en emportant les salissures. Cet effet “autonettoyant”, souvent appelé “Effet Lotus”, est dû à une combinaison d’une surface rugueuse présentant des micro- et nanostructures, avec des matériaux de faible énergie de surface. Jusqu’ici, les surfaces superhydrophobes artificielles ont été produites principalement de deux manières. La première consiste en la création d’une surface rugueuse à partir d’un matériau ayant une énergie de surface faible. Cette méthode est simple et généralement réalisable en une seule étape, elle présente néanmoins un inconvénient important car elle s’applique seulement à un ensemble limité de matériaux. La deuxième méthode consiste en l’obtention d’une couche rugueuse, dont les propriétés de surface sont par la suite modifiées par l’application d’un matériau à faible énergie de surface. Cette méthode prometteuse élargit considérablement le champ d’application des surfaces superhydrophobes car, contrairement à la précédente, elle peut être appliquée à une large variété de substrats tels que des galettes de silicium, du verre, des métaux, de l’acier et des surfaces polymères. C’est cette dernière approche qui a été choisie dans cette thèse. La plupart des méthodes employées pour produire des surfaces rugueuses sont composées de plusieurs étapes et sont peu écologiques car elles nécessitent l’utilisation de solvants organiques. Ces inconvénients peuvent être éliminés par l’utilisation de la technologie plasma, méthode utilisée dans ce travail. Une des avancées significatives de cette thèse est la synthèse de films microtexturés par décharge magnétron pulsée à partir d’acétylène et la proposition d’un modèle de croissance qualitatif. Les films microtexturés obtenus ont une morphologie unique composée de nanoparticules et d’agglomérats (“microfleurs”) présents en surface. A notre connaissance, c’est la première fois que de telles microstructures à base de carbone sont observées. La phase gazeuse a été analysée par spectrométrie de masse quadripôle. La structure des films plats et microtexturés a été déterminée en combinant trois techniques: la spectroscopie IR, la spectroscopie Raman et la spectrométrie de masse LDI-FTMS (Laser Desorption / Ionization Fourier Transform Mass Spectrometry). Finalement, cette thèse démontre que les films microtexturés fonctionnalisés au fluor sont des surfaces superhydrophobes. Une des perspectives de ce travail est de maximiser le nombre de structures fractales en surface (“microfleurs”) afin d’élaborer des surfaces superhydrophobes sans traitement fluoré.

la date de réponse	29 juin 2010
langue originale	Français
L'institution diplômante	Universite de Namur
Superviseur	Stephane Lucas (Promoteur), Davide BONIFAZI (Jury), Jean-Jacques Pireaux (Président), F. MAZERI (Jury), Charles L. Wilkins (Jury) & Jean-Philippe Blondeau (Jury)