Thèse de Doctorat 2015-2018 (Hiba Jendoubi)

Développement de surfaces texturées hydrophobes pour des applications à faible frottement

L’objectif ici est de produire des surfaces texturées hydrophobes ayant des propriétés de frottement contrôlables pour les systèmes lubrifiés. Ceci sera atteint en tenant compte que la présence de glissement sur les surfaces permet d’améliorer la lubrification, ce glissement de fluide apparaît que lorsque les surfaces sont hydrophobes [1], et les surfaces sont hydrophobes grâce à leur faible énergie de surface ou à leur texturation.

Le choix du polymère s’est reposé sur deux conditions. D’une part, il doit avoir une faible énergie de surface et donc un angle de contact θ supérieur à 100°. D’autre part, il doit avoir une bonne résistance au frottement pour conserver la tenue de la surface texturée lors des tests tribologiques. Se basant sur ces deux critères le Polytétrafuoroéthylène (PTFE) a été choisi et qui a un angle de contact égal à 110° et un module d’Young entre 600 et 1000MPa.

Pour avoir une texturation réussite on doit avoir des surfaces obéissant au régime Cassie-Baxter, (dont l’équation est Cos θCB = r f cos θ + f – 1, avec r est le facteur de rugosité et f la fraction de surface mouillée [2]) où le fluide reste suspendu aux sommets de la texture. Plusieurs formes géométriques ont été étudiées : les plots paraboloïdes, les trous et les plots carrés, les trous cylindriques, les stries… Les meilleurs résultats ont été obtenus théoriquement dans le cas des plots paraboloïdes, des trous cylindriques et des trous carrés. Les motifs ont été produits avec le FIB. L’observation par MEB a montré que la texturation du PTFE avec le FIB est bien réalisable. Enfin, un test d’écrasement sera effectué une fois les surfaces texturées sont prêtes. L’idée est d’appliquer une charge F à la surface texturée et d’analyser le comportement du lubrifiant. Ce test permettra de calculer la longueur de glissement.

 

reseau1  reseau2  reseau3

Trous: (a) paraboloïques                                 (b) carrés                                   (c) cylindriques

 

[1] Large Slip of Aqueous Liquid Flow over a Nanoengineered Superhydrophobic Surface, Chang-Hwan Choi et Chang-Jin Kim, Mechanical and Aerospace Engineering Department, University of California, Los Angeles.

[2] Optimizing Super-Hydrophobic Surfaces : Criteria for Comparison of Surface Topographies, Eyal Bittoun et Abraham Marmur, Departement of Chemical Engineering, Technion-Israel Institute of Technology.

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