Elasto-capillarity: Wet hairs, Origamis, Blisters
Élasto-capillarité : Poils mouillés, Origamis, Cloques
Résumé
Although negligible at macroscopic scales, capillary forces become dominant as the sub-millimetric scales of micro-electro-mechanical systems (MEMS) are considered. We review various situations, not limited to micro-technologies, where capillary forces are able to deform elastic structures. In particular, we define the different length scales that are relevant for 'elasto-capillary' problems. We focus on the case of slender structures (lamellae, rods and sheets) and describe the size of a bundle of wet hair, the condition for a flexible rod to pierce a liquid interface or the fate of a liquid droplet deposited on a flexible thin sheet. These results can be generalized to similar situations involving adhesion or fracture energy, which widens the scope of possible applications from biological systems, to stiction issues in micro-fabrication processes, the manufacturing of 3D microstructures or the formation of blisters in thin film coatings.
Bien que négligeables au grandes échelles, les forces capillaires deviennent dominantes lorsque les dimensions sub-millimétriques des micro-systèmes-électro-mécaniques (MEMS) sont considérés. Vous proposons une revue des différentes situations dans lesquelles les forces capillaires sont susceptibles de déformer une structure élastique. En particulier nous définissons les différentes échelles de longueur pertinentes pour ces problèmes "élasto-capillaires". Nous développons le cas de structures élancées (lamelles, tiges, feuilles) et décrivons la taille d'une mèche de cheveux mouillés, le critère qui dicte le perçage d'une interface liquide par une tige ou l'évolution d'une goutte d'eau déposée sur une feuille flexible. Ces résultats peuvent être généralisés à d'autres situations impliquant fracture ou adhésion. Cette généralisation ouvre le champs d'application à des systèmes biologiques, les problèmes de stiction dans les procédés de microfabrication, l'élaboration de microstructures tri-dimensionelles ou la formation de cloques de délaminage sur des films minces.
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