Structuration de surface par magnétoélectrodéposition (SURFMED)

Surface structuring by magnetoelectrodeposition (SURFMED)

• Auteur / Autrice : Sofya Efimova
• Direction : Anne-lise Daltin, François Debray
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Surfaces et Interfaces
• Date : Inscription en doctorat le 13/10/2022
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux et Ingénierie Mécanique

Mots clés

Mots clés libres

Structuration de surface

Champs magnétiques

Durabilité

Échange thermique

Magnétoélectrochimie

Mouillage

Magnetic fields

Wetting

Sustainability

Magnetoelectrochemistry

Surface structuring

Heat exchange

Résumé

Description de la problématique de recherche : Contexte et enjeux Au sein du laboratoire MATIM, nous effectuons des recherches fondamentales et orientées vers les applications liées aux aspects énergétiques et environnementaux dans différents domaines de recherche. Le projet SURFMED s'inscrit dans un programme qui vise à développer des surfaces fonctionnalisées innovantes par méthodes Magneto-électrochimiques et d'investiguer leurs performances et leur tenue au vieillissement pour des applications d'électro et de magnéto mouillages. L'application finale visée est l'augmentation des transferts thermiques à l'échelle du millimètre. La magnéto-électrochimie (axe de recherche du laboratoire MATIM) est utilisée dans ce projet pour concevoir des patterns super-hydrophobiques, notamment pour les études d'électro-mouillage, avec un bon contrôle de la permittivité à l'échelle micromètrique du dépôt. Objectifs scientifiques : •Synthèse de couches structurées et compréhension des mécanismes de nucléation et de croissance sous l'effet des forces induites par les champs magnétiques. •Caractérisation physico-chimique et électrochimique de ces dépôts. •Modélisation des processus électrochimiques en tenant compte des flux magnétohydrodynamiques. •Evaluation de la durabilité de ces couches dans les conditions opératoires et étude de leur résistance à la corrosion par les méthodes électrochimiques stationnaires et non stationnaires. Méthodologie et techniques de mises en œuvre Une première partie consistera à définir les paramètres nécessaires pour obtenir des morphologies de revêtement d'alliage bien structurées et analyser les réactions impliquées dans ce processus. Les paramètres tels que les compositions d'électrolyte, la température lors de l'électrodéposition, les densités de courant, le potentiel, les paramètres de dépôt en mode pulsé seront définis. Cette tâche comprendra l'étude des mécanismes de nucléation et de croissance par l'analyse de courbes électrochimiques et la modélisation de l'influence des forces MHD et µMHD. Une deuxième partie comprendra la caractérisation morphologique et structurale par MEB et DRX des revêtements synthétisés et la rugosité sera déterminée. Les propriétés de surface des revêtements d'alliage sont importantes pour déterminer la durabilité et le vieillissement d'un dépôt. Des mesures de potentiel zêta du revêtement d'alliages seront effectuées pour déterminer la charge de surface en fonction de divers paramètres de synthèse afin d'optimiser la mouillabilité. Les propriétés anti-corrosion des revêtements seront analysées dans un environnement similaire à leur utilisation finale prévue par des mesures du potentiel de corrosion, de spectroscopie d'impédance électrochimique et des analyses physiques.

Description of the research problem: Context and challenges In the MATIM laboratory, we carry out fundamental and application-oriented research related to energy and environmental aspects in different research fields. The SURFMED project is part of a program that aims to develop innovative functionalized surfaces by magneto-electrochemical methods and to investigate their performance and resistance to aging for electro and magneto-wetting applications. The final application is aimed at increasing heat transfer at the millimeter scale. Magneto-electrochemistry is used in this project to design super-hydrophobic patterns, especially for electro-wetting studies, with good permittivity control at the micro-scale of the deposit. Scientific objectives: - Synthesis of formed coatings and understanding of nucleation and growth mechanisms under the effect of forces induced by magnetic fields. - Characterization (physicochemical and electrochemical). - Modeling of electrochemical processes considering magnetohydrodynamic flows. - Evaluation of the durability of these coatings under operating conditions and study of their resistance to corrosion by electrochemical methods. Methodology and implementation techniques The first part will consist of defining the parameters necessary to obtain well-structured alloy coating morphologies and the analysis of the reactions involved. Parameters will be defined, such as electrolyte compositions, temperature during electrodeposition, current densities, potential, and pulsed mode deposition parameters. This task will include the study of nucleation and growth mechanisms by analyzing electrochemical curves and modeling the influence of MHD and µMHD forces. A second part will include the morphological and structural characterization by SEM and XRD of the synthesized coatings and the roughness will be determined. The surface properties of alloy coatings are important in determining the durability and aging of a deposit. Zeta potential measurements of the alloy coating will be performed to determine surface charge as a function of various synthesis parameters to optimize wettability. The anti-corrosion properties of the coatings will be analyzed in an environment similar to their intended end use by measurements of corrosion potential, electrochemical impedance spectroscopy, and physical analysis.