GDR Approches Multiphysiques pour les Colloïdes Concentrés (AMC2)

Le séchage d’un film colloïdal est un processus complexe qui joue un rôle fondamental dans les procédés de revêtements ou d’élaboration de couches par dépôt sol-gel. Dans un film mince, le solvant ne s’évapore jamais de manière uniforme et les forces capillaires peuvent engendrer divers courants dans le film qui répartissent le colloïde de manière non uniforme. Nous nous attachons à comprendre et modéliser ces processus de façon à mieux contrôler l’homogénéité et par voie de conséquence les propriétés finales du revêtement. Des films de silice colloïdale (épaisseurs comprises entre 500 nm et 10 µm) ont été déposés sur des lames de mica et des spectres de diffusion des rayons X (SAXS) enregistrés en un point du film et à intervalles de temps réguliers au cours du séchage. Les films sèchent latéralement. Un front de séchage balaye la surface du film. Les mesures réalisées nous permettent d’identifier et de décrire différentes zones dans le film (voir figure). Dans un premier temps (t = 0 à t = 90 s), le film reste liquide, le pic de corrélation se déplace à mesure que la fraction volumique des particules de silice augmente. À la transition liquide solide (t = 84 à t = 90 s), l’intensité du pic décroît brutalement ce qui suggère un accroissement du désordre dans le film. À t = 90 s, le film s’est solidifié, la silice atteint une fraction volumique limite. Tant que le film solide (poreux) reste saturé de liquide, le pic reste constant (t = 90 à t = 132 s). Finalement, quand l’eau se retire du film (t = 132 à t = 138 s) le facteur de contraste pour la diffusion par la silice croît et le signal augmente. La mesure des échelles et la dynamique de l’organisation dans différentes zones dans le film sont indispensables pour la constitution de modèles du séchage des films colloïdaux.

Les différentes zones dans un film colloïdal en train de sécher.

Intensité diffusée en un point au cours du séchage d’un film colloïdal lors d’une expérience de diffusion des rayons X aux petits angles.

Contacts : Joaquim Li, Bernard Cabane