Structuration périodique de la surface par séchage modulé dans le temps d'une suspension colloïdale

Periodic surface-morphologies through temporal modulating the drying rate during evaporation of colloidal suspensions.

• Auteur / Autrice : Essa Shawail
• Direction : Yahia Rharbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 02/03/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire rhéologie et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nadia El Kissi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mickaël Antoni, Jacques Leng

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfactants

Suspensions (chimie)

Séchage

Mots clés libres

Séchage

Suspension colloïdale

Périodique de surface

Drying

Colloidal suspension

Patterning

Résumé

La fabrication de morphologies ordonnées par évaporation de suspensions colloïdales est un défi pour de nombreuses technologies émergentes. Ces structures peuvent être réalisées via un assemblage convectif dirigé conduisant à un dépôt contrôlé de particules au front de séchage. Dans ce travail, nous proposons une méthode conviviale basée sur l'assemblage convectif pour générer des morphologies périodiques de surface en modulant dans le temps le taux d'évaporation. Nous montrons que l'avancée et l'arrêt du front de séchage peuvent être réglés par la variation du taux d'évaporation dans certaines suspensions colloïdales, et nous démontrons que ce mécanisme peut être utilisé pour régir le dépôt de particules à la demande. Des structures de surface périodiques sont fabriquées par une vitesse de séchage modulée dans le temps dans des suspensions de polystyrène et d'acrylates de butyle et leurs mélanges. Ces structures ont été prédites via un modèle prenant en compte la dynamique du dépôt de particules et du front de séchage. Les rôles du surfactant, de la force ionique et de la taille des particules sur la périodicité de surface ont également été étudiés. Nous montrons que l'ajout d'aliquotes de surfactant SDS affecte considérablement la dynamique du front de séchage sous une vitesse de séchage modulée ainsi que les morphologies de surface résultantes.

Fabricating ordered morphologies via evaporation of colloidal suspensions is a challenge for numerous emerging technologies. These structures can be achieved via directed convective assembly leading to controlled particle deposition at the drying front. In this work we propose a user-friendly method based on convective assembly for generating periodic surface morphologies through time-modulating the evaporation rate. We show that the advancing and arrest of the drying front can be tuned by the variation of the evaporation rate in certain colloidal suspensions, and we demonstrate that this mechanism can be used to govern particles deposition on demand. Periodic surface structures are made by time-modulated drying rate in polystyrene and polybutylacrylates suspensions and their blends. These structures were predicted via a model which takes into consideration the dynamics of the particle deposition and the drying front. The roles of surfactant, ionic strength and particle size on surface periodicity were also investigated. We show that adding aliquots of SDS surfactant drastically affects the drying front dynamic under a modulated drying rate as well as the resulting surface morphologies.