Imagerie et caracterisation nanomecanique des surfaces par microscopie a force atomique

• Auteur / Autrice : Olivier Piétrement
• Direction : Michel Troyon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Reims

Résumé

Le travail presente dans ce memoire porte sur l'etude et la mesure quantitative des proprietes mecaniques de surface a l'aide de la microscopie a force atomique (afm). Le premier mode de fonctionnement de l'afm que nous avons utilise est la modulation de force laterale (mlfm). Cette technique consiste a moduler lateralement la position de l'echantillon et a detecter les mouvements de torsion du microlevier. Elle permet, selon l'amplitude des deplacements lateraux, de travailler en elasticite ou en friction. Pour les etudes d'elasticite, nous avons ainsi propose un protocole d'etalonnage de la rigidite laterale equivalente k t o t, qui permet a l'aide des theories du contact de remonter sous certaines conditions au module elastique et au module de cisaillement. Nous avons aussi effectue des mesures de friction et, en les combinant aux mesures de rigidite laterale, nous avons montre une dependance en pression de la contrainte de cisaillement sur certaines surfaces. Nous avons ensuite travaille sur le mode de modulation magnetique (mmfm) qui presente une faible sensibilite aux forces de friction, contrairement au mode de modulation indirecte. En modelisant les mouvements du microlevier, nous avons mesure, sous certaines conditions experimentales, la rigidite normale k n. Pour remonter au module elastique e de surface, nous avons propose une equation generalisee decrivant les variations de k n en fonction de la charge normale appliquee selon le modele de maugis-dugdale. Les valeurs du module elastique, mesurees sur deux sortes de polyethylene, sont en bon accord avec celles obtenues par nanoindentation et par courbes de force-distance. Son association avec la modulation de force laterale permet de caracteriser completement le contact grace a la mesure du module de cisaillement reduit g* et de la contrainte de cisaillement.