Nanorhéologie des liquides confinés: application à la nanomécanique des couches minces solides

par  Richard Villey, Laboratoires SIMM et FAST, Paris

Mardi 09 Juin, 14h, Salle des séminaires, 3ème étage, Batiment A4

Les liquides, même « simples » (newtoniens, de faible poids moléculaire), présentent un éventail de comportements fascinants lorsque confinés aux échelles moléculaires : viscoélasticité, organisation en couches voire solidification… Ces phénomènes sont d’une importance cruciale pour de nombreuses applications : micro-et nano-fluidique, milieux poreux, solutions concentrées… Pourtant, de grandes divergences existent dans la littérature quant aux changements de propriétés des liquides sous confinement.

La technique de « sonde fluide », consistant à drainer en mode oscillant un liquide confiné à l’aide d’une machine à forces de surface (SFA), permet de caractériser finement les écarts au caractère newtonien qui peuvent se manifester sous confinement. Je présenterai comment cette technique a pu mettre en évidence des effets inattendus de changement de rhéologie apparente, en raison de la compliance des parois confinantes, même dans le cas de liquides peu visqueux confinés entre des parois très rigides. Les résultats obtenus devraient permettre de réconcilier certains résultats discordants dans la littérature.

Je montrerai ensuite l’adaptation de cette technique à la sollicitation de films minces solides supportés : on utilise alors le liquide confiné pour déformer volontairement un film solide déposé sur une des parois confinantes. Cette technique permet de s’affranchir de l’adhésion et donc de mesurer très précisément la viscoélasticité de films sub-micrométriques très mous, ce qui peut être très intéressant par exemple dans le cas d’élastomères, d’hydrogels ou de matériaux biologiques.

Références :

R.Villey, É. Martinot, C. Cottin-Bizonne, M. Phaner-Goutorbe, L. Léger, F. Restagno & É. Charlaix, “Effect of surface elasticity on the rheology of nanometric liquids “, Physical Review Letters 111, 215701 (2013).

F. Restagno, É. Martinot, R. Villey, S. Leroy, C. Poulard, É. Charlaix & L. Léger, “Sensing the Mechanical Properties of Supported Micro- to Nano-Elastic films”, Handbook of Nanomaterials Properties, Chapter 31, Springer-Verlag (2014).

 R.Villey, C. Cottin-Bizonne, É. Charlaix & F. Restagno, “Indenter du verre avec un liquide ?”, Reflets de la physique 43, 38 – 40 (2015)