Caractérisation et applications des écoulements de polymères en films minces nanoimprimés

Characterization and applications of flowing nanoimprinted thin polymer films

• Auteur / Autrice : Etienne Rognin
• Direction : Laurent Davoust
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 04/02/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels
• Jury : Président / Présidente : Didier Chaussy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefan Landis, Arne Schleunitz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Bardinal, Pierre Gilormini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Lithographie par nanoimpression

Polymère en couche mince

Films ultra-minces

Nanorhéologie

Fluage

Démouillage

Nanoimprint lithography

Thin polymer film

Ultra-thin films

Nanorheology

Reflow

Dewetting

Résumé

Cette thèse présente des résultats théoriques et expérimentaux portant sur des écoulements à l'échelle nanoscopique de polymères fondus. L'étude analytique et numérique de l'écoulement d'un film de polymère, préalablement nanostructuré par nanoimpression puis recuit au dessus de sa température de transition vitreuse, a permis de dégager différentes dynamiques de nivellement selon la topographie initiale du film. Certaines ont été appliquées à l'élaboration d'éléments optiques par recuit de nanostructures complexes. Une méthode de mesure de la viscosité Newtonienne et du temps terminal de relaxation d'un polymère déposé en film mince a également pu être développée. Enfin, un travail exploratoire portant sur un procédé de nanoimpression sans épaisseur résiduelle par démouillage est présenté. L'accent a porté sur le calcul précis de la pression de disjonction dans un milieu stratifié en utilisant la théorie moderne de Lifshitz basée sur les propriétés optiques des matériaux en interaction.

This thesis presents a theoretical and experimental work on nanoscale flows of polymer melts. Different leveling dynamics emerge from the analytical and numerical study of the reflow of a polymer film that is first nanoimprinted and then annealed above its glass transition temperature, depending on the initial topography of the film. These concepts were applied to the manufacturing of optical devices from the reflow of complex nanostructures. A method to measure the Newtonian viscosity and the terminal relaxation time of a thin polymer film was also developed. Finally, an exploratory work on a residual-layer-free nanoimprint process based on dewetting is presented. Emphasis was put on the accurate computation of the disjoining pressure in stratified media with the modern Lifshitz theory based on the optical properties of the interacting materials.