Some properties of thin polymer layers
Quelques Propriétés des Polymères en Couches Minces
Résumé
In this thesis we address some properties of thin layers of polymer.
In a first part we study the adhesion and friction behavior of a polymer chains layer grafted onto a flat solid substrate. We first model the interdigitation between this "brush" and an elastomer in contact, either static or in horizontal translation. We point out this way some saturation phenomenon at hight grafting density. We look then the energy dissipation mechanisms related to the pool out of the chains from the elastomer when it separates from the solid surface, or when it slides on it.
In the second part of the thesis we study several features of the stability of thin polymer films deposited on a slippery substrate, such as the brushes studied in the first part. We are interested in the consequences of viscoelasticity on the growth of surface instability, and on the dewetting of the films. We show in particular that residual stresses, which can be stored in the films due to their viscoelasticity, are a source of destabilization for polymer films, and accelerate the dewetting process. The friction between the film and the substrate appear as a decisive parameter of the instability and dewetting dynamics.
In a first part we study the adhesion and friction behavior of a polymer chains layer grafted onto a flat solid substrate. We first model the interdigitation between this "brush" and an elastomer in contact, either static or in horizontal translation. We point out this way some saturation phenomenon at hight grafting density. We look then the energy dissipation mechanisms related to the pool out of the chains from the elastomer when it separates from the solid surface, or when it slides on it.
In the second part of the thesis we study several features of the stability of thin polymer films deposited on a slippery substrate, such as the brushes studied in the first part. We are interested in the consequences of viscoelasticity on the growth of surface instability, and on the dewetting of the films. We show in particular that residual stresses, which can be stored in the films due to their viscoelasticity, are a source of destabilization for polymer films, and accelerate the dewetting process. The friction between the film and the substrate appear as a decisive parameter of the instability and dewetting dynamics.
Nous abordons dans cette thèse certaines propriétés de systèmes de polymères en couches minces.
Dans une première partie nous étudions le comportement, en adhésion et en friction, d'une couche de chaînes polymères greffées sur un substrat solide plat. On modélise dans un premier temps l'interdigitation entre cette "brosse" et un élastomère au contact, statique ou en translation horizontale. Nous mettons ainsi en évidence des phénomènes de saturation aux fortes densités de greffage. On s'intéresse ensuite à la dissipation d'énergie liée à l'extraction des chaînes lors du décollement de l'élastomère ou lors de sa mise en mouvement.
Dans la deuxième partie de la thèse on étudie plusieurs aspects de la stabilité d'un film fin de polymères déposé sur un substrat glissant tel que les brosses étudiées dans la première partie. Nous nous intéressons au rôle joué par la viscoélasticité de ces films lors de la croissance d'une instabilité de surface, et lors de leur démouillage. En particulier, nous montrons que la présence de contraintes résiduelles, permise par la viscoélasticité, est une cause de déstabilisation des films de polymères et accélère le démouillage. La friction entre le film et le substrat se révèle aussi être un paramètre déterminant de la dynamique de l'instabilité et du démouillage.
Dans une première partie nous étudions le comportement, en adhésion et en friction, d'une couche de chaînes polymères greffées sur un substrat solide plat. On modélise dans un premier temps l'interdigitation entre cette "brosse" et un élastomère au contact, statique ou en translation horizontale. Nous mettons ainsi en évidence des phénomènes de saturation aux fortes densités de greffage. On s'intéresse ensuite à la dissipation d'énergie liée à l'extraction des chaînes lors du décollement de l'élastomère ou lors de sa mise en mouvement.
Dans la deuxième partie de la thèse on étudie plusieurs aspects de la stabilité d'un film fin de polymères déposé sur un substrat glissant tel que les brosses étudiées dans la première partie. Nous nous intéressons au rôle joué par la viscoélasticité de ces films lors de la croissance d'une instabilité de surface, et lors de leur démouillage. En particulier, nous montrons que la présence de contraintes résiduelles, permise par la viscoélasticité, est une cause de déstabilisation des films de polymères et accélère le démouillage. La friction entre le film et le substrat se révèle aussi être un paramètre déterminant de la dynamique de l'instabilité et du démouillage.
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