Présentation
RÉSUMÉ
Les surfaces superhydrophobes et superoléophobes sont le plus souvent qualifiées de la sorte par rapport au comportement d’une goutte posée. Cette approche n’est cependant pas représentative d’un grand nombre d’applications pour lesquelles il est nécessaire de connaître la stabilité de ces états non mouillants dans des conditions que la technique de la goutte posée ne permet pas de simuler. Cet article présente ainsi les différents régimes de mouillage de surfaces texturées, des exemples de surfaces non mouillantes, naturelles et synthétiques, ainsi que différentes techniques alternatives à la goutte posée, permettant de caractériser plus en avant la mouillabilité de telles surfaces.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Superhydrophobic and superoleophobic surfaces are usually identified by sessile droplets showing high contact angles and low adhesion. This characterization is, however, not representative of many applications where it is fundamentally important to know the stability of wetting states under conditions that are not simulated by the sessile drop technique. This article presents the different wetting regimes of textured surfaces, some examples of low-wettable surfaces, and the different techniques used as an alternative to the sessile drop to further characterize the wettability of such surfaces.
Auteur(s)
-
Laurent VONNA : Maître de conférences en Chimie des Matériaux - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M – CNRS UMR 7361), Mulhouse, Faculté des Sciences et Techniques, Université de Haute Alsace, France
INTRODUCTION
La mouillabilité peut être définie comme la propriété d’un matériau à être mouillé par un liquide. Le contrôle de la mouillabilité d’un matériau est un enjeu fondamental pour un grand nombre d’applications. En plus de la chimie, l’ajustement de la texture de surface est déterminant pour le contrôle de la mouillabilité. Cette texture permet par exemple de donner des formes à des gouttes, de diriger le mouillage, d’augmenter ou de diminuer la mouillabilité.
Les propriétés remarquables de superhydrophobie de la feuille de lotus, reliées à la microtexture de surface par Neinhuis et Barthlott à la fin des années 1990, ont rappelé les propriétés de non-mouillabilité extrêmes qui peuvent être atteintes en texturant une surface. Depuis, de nombreux efforts ont été fournis pour reproduire de telles surfaces superhydrophobes, jusqu’à élaborer des textures superoléophobes qui ne sont pas mouillées par des liquides même de faible tension superficielle, comme les huiles.
Les progrès réalisés dans le cadre de l’élaboration de surfaces non mouillantes ont été tels que la technique de la goutte posée, classiquement utilisée pour caractériser la mouillabilité d’une surface, n’est plus applicable à ces surfaces, les angles de mouillage atteints étant très élevés et l’ancrage du liquide extrêmement faible, voire nul. De plus, certaines des applications promises par ces nouveaux matériaux requièrent dans de nombreux cas de caractériser la stabilité de l’air piégé entre le matériau et le liquide, à l’origine des propriétés non mouillantes. Ainsi, il a été très vite nécessaire de proposer des alternatives à la technique de la goutte posée permettant de caractériser plus avant la mouillabilité de ces surfaces.
L’objectif de cet article est de présenter les techniques permettant de caractériser la mouillabilité de surfaces texturées qui présentent des propriétés superhydrophobes et superoléophobes, en plus de la technique classique de la goutte posée. Il propose d'abord un rappel sur la mouillabilité, il y est discuté en particulier l’angle de contact et l’hystérèse de mouillage qui sont les paramètres expérimentaux de base pour caractériser la mouillabilité, et utilisés pour qualifier les comportements non mouillants. Il s’attache ensuite à décrire les différents régimes de mouillage d’une surface texturée, dont un est à l’origine du comportent superhydrophobe et superoléophobe. Le but est de permettre au lecteur de différencier les différents comportements observables, éventuellement sur une même surface texturée. Ainsi, un rappel est également fait dans ce cadre, sur les transitions de mouillage, qui démontrent l’instabilité de l’état non mouillant (i.e. l’instabilité de l’air piégé à l’origine de ce comportement), et dont la considération dans une démarche expérimentale peut permettre, comme nous le verrons, de qualifier la stabilité de l’état non mouillant dans différentes conditions.
Par la suite, les surfaces superhydrophobes et superoléophobes sont définies en introduisant des concepts historiques et en présentant des exemples trouvés dans la nature, à la fois dans le monde végétal et animal. Une présentation est faite des différentes techniques proposées pour élaborer de telles surfaces, avec, associées, les images de microscopie électronique à balayage des textures produites, à l’origine de propriétés non mouillantes. Différents exemples d’applications de ces surfaces sont également proposés. Enfin, nous décrivons les différentes techniques utilisées à ce jour pour qualifier et quantifier la mouillabilité des surfaces superhydrophobes et superoléophobes.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés et un tableau de symboles.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
wettability | wetting | superhydrophobic | superoleophobic
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
1. Mouillabilité
1.1 Définition
La mouillabilité peut être définie comme l’aptitude d’une surface à être mouillée par un liquide. La caractérisation de la mouillabilité d’une surface par rapport à des liquides simples et modèles, ou des liquides plus complexes comme des polymères fondus ou des suspensions colloïdales par exemple, permet de prédire le comportement de la surface dans de nombreuses situations appliquées.
Un paramètre expérimental permettant de caractériser la mouillabilité d’une surface, ou en d’autres termes de quantifier l’affinité entre un liquide et une surface, est la mesure de l’angle de contact θ d’une goutte posée, si celui-ci est mesurable comme dans la situation d’un mouillage partiel [J 2 140]. Le mouillage sera d’autant plus important que cet angle de contact est faible. Sa valeur est utilisée pour calculer les énergies de surface des matériaux selon différentes approches. L’angle de contact est en effet relié aux énergies superficielles γ mises en jeu dans le système selon la relation de Young (1805) :
![](figures/ul-m1690niv10001/1/nv17431108886-web.gif)
avec :
-
- angle de contact de la goutte,
-
et
...
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Mouillabilité
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ONDARÇUHU (T.), PIEDNOIR (A.) - Pinning of a contact line on nanometric steps during the dewetting of a terraced substrate. - Nano Lett 5 : 1744-1750. doi : 10.1021/nl051093r (2005).
-
(2) - BUGUIN (A.), TALINI (L.), SILBERZAN (P.) - Ratchet-like topological structures for the control of microdrops. - Appl Phys A Mater Sci Process 75 : 207-212. doi : 10.1007/s003390201322 (2002).
-
(3) - KRISHNAN (A.), LIU (Y.-H.), CHA (P.), et al - An evaluation of methods for contact angle measurement. - Colloids And Surfaces B-Biointerfaces 43 : 95-98. doi : 10.1016/j.colsurfb.2005.04.003 (2005).
-
(4) - LANDER (L.M.), SIEWIERSKI (L.M.), BRITTAIN (W.J.), VOGLER (E.A.) - A systematic comparison of contact angle methods. - Langmuir 9 : 2237-2239 (1993).
-
(5) - QUÉRÉ (D.), AZZOPARDI (M.-J.), DELATTRE (L.) - Drops at Rest on a Tilted Plane. - Langmuir 14:2213–2216. doi : 10.1021/la970645l (1998).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Standard Test Methods for Surface and Interfacial Tension of Solutions of Paints, Solvents, Solutions of Surface-Active Agents, and Related Materials. - ASTM D 1331 -
-
Standard performance specification for rainwear and all – purpose, water – repellent coat fabrics. - ASTM D 7017 - janvier 2014
-
Étoffes : détermination de la résistance au mouillage superficiel (essai d'arrosage). - NF EN ISO 4920 - janvier 2013
-
Supports textiles revêtus de caoutchouc ou de plastique – Détermination de la résistance à la pénétration de l'eau – Méthode à basse pression. - NF EN 1734 - avril 1997
-
Étoffes – Détermination de la résistance à la pénétration de l'eau – Essai sous pression hydrostatique. - NF EN 20811 - décembre 1992
Cet article fait partie de l’offre
Traitements des métaux
(134 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive