Avez-vous déjà remarqué que lorsqu'il est chauffé un film d'huile dans une casserole ne reste pas complètement plat ? Au lieu, il forme un motif ondulé qui ressemble à l'extérieur d'une orange. Ces sortes de déformations ont inspiré un groupe de chercheurs de l'Université technique de Darmstadt, en Allemagne, pour explorer s'ils pourraient être utilisés pour améliorer et rationaliser les processus de microfabrication.

Le film d'huile est un exemple classique de système hydrodynamique avec une interface liquide-gaz tandis que, par exemple, les minuscules gouttelettes de graisse dans le lait ont une interface liquide-liquide. Films liquides plans, comme le film d'huile, sont particulièrement instables mécaniquement et peuvent subir des changements de morphologie s'ils ne sont pas maintenus à une température uniforme.

Seuls les films liquides suffisamment minces subissent des déformations de surface importantes lors de l'exposition à des contraintes en surface, tandis que des schémas d'écoulement périodiques très réguliers se développent dans la masse des films plus épais lorsqu'ils sont soumis aux mêmes contraintes.

Contrairement aux films plus minces, les films plus épais ne présentent pas de déformations de surface significatives. Donc, dans le cadre du développement de techniques de microfabrication non conventionnelles, la plupart des efforts se sont concentrés sur les instabilités interfaciales des films très minces.

Ces efforts ont indiqué que des modèles accentués peuvent être obtenus, mais elles sont malheureusement très irrégulières dans le sens d'étalement du film. Cet inconvénient fondamental peut être attribué à la même raison pour laquelle un jet d'eau provenant d'un robinet finit par se diviser en gouttelettes :la tension superficielle.

Comme le groupe le décrit dans Lettres de physique appliquée , des éditions AIP, ils ont combiné le motif de convection très régulier qui se forme dans des couches plus épaisses avec de fortes déformations interfaciales possibles uniquement dans des films liquides beaucoup plus minces. "Contrairement aux systèmes d'adressage de travaux antérieurs à plusieurs interfaces, dans notre approche, chaque couche a une épaisseur initiale très différente de l'autre, " dit Iman Nejati, l'auteur principal de l'article et un doctorat. étudiant à l'Institut de Nano et Microfluidique, Centre d'Interfaces Intelligentes, TU Darmstadt.

Cette approche consiste essentiellement à prendre en sandwich un mince film d'huile sensible à l'irradiation par la lumière ultraviolette (UV) entre un substrat plan solide et une couche beaucoup plus épaisse d'un autre liquide non miscible. Cela implique que le système a non seulement une interface liquide-gaz comme exemple initial du film d'huile dans une casserole mais aussi une interface liquide-liquide.

"L'exposition de ce système multicouche à une différence de température étonnamment faible dans le sens de la stratification provoque des contraintes à l'interface liquide-gaz en raison d'une tension superficielle dépendante de la température, " a déclaré Nejati. " Ces contraintes entraînent des schémas d'écoulement cellulaire en rotation dans la couche la plus épaisse, qui sont hautement périodiques dans la direction de propagation de cette couche.

Plutôt que d'utiliser les contraintes causées par la tension superficielle dépendant de la température directement pour modeler le film, l'approche du groupe repose sur le modèle d'écoulement dans la couche plus épaisse pour déformer le film plus mince en dessous.

Cette stratégie permet de « modeler de grandes zones avec des structures très régulières de manière parallèle - toutes les structures sont fabriquées en même temps - en une seule étape de processus, ce qui permet de gagner du temps et de réduire les coûts, " expliqua Nejati. " Puisque les structures sont générées à partir d'un liquide, sans outils en contact mécanique avec le matériau de travail, la surface est très lisse et ne nécessite aucun traitement supplémentaire."

Et en concevant la distribution de température le long de l'interface liquide-gaz de la couche plus épaisse, les cellules de convection et la déformation du film mince peuvent être adaptées pour répondre aux spécifications d'une structure d'intérêt souhaitée. Une fois la déformation souhaitée obtenue, il est "gelé" en place par irradiation avec de la lumière UV.

La combinaison des caractéristiques avantageuses nommées de la nouvelle technique est hautement souhaitable car toutes les technologies de microfabrication courantes, y compris la photolithographie, impression, ou gaufrage - ne répondent pas à au moins un de ces critères. "Compte tenu de la relative simplicité du matériel nécessaire à notre méthode, et avec quelle facilité il s'adapte à des situations spécifiques, il peut également être utilisé pour la fabrication de produits en faible quantité, " ajouta Nejati.

Quelles applications le groupe envisage-t-il pour sa méthode ? Pour commencer, il est idéal pour la fabrication de matrices de microlentilles. "Ces matrices améliorent localement l'intensité lumineuse et peuvent être utilisées par l'industrie optique dans des systèmes d'imagerie intégrés, photolithographie non conventionnelle, et systèmes photovoltaïques, " explique Nejati. " Pour le photovoltaïque, un réseau de lentilles placées au sommet d'une cellule solaire peut servir de collecteur de lumière pour améliorer l'efficacité du système photovoltaïque en le rendant moins sensible à l'angle d'inclinaison de la lumière solaire par rapport à la surface de la cellule. » La méthode du groupe pourrait facilement être intégré au processus de fabrication des cellules solaires.

Dans le futur proche, "il n'y aura pas besoin direct de solidifier les structures par la lumière UV, " a-t-il noté. " Au lieu de cela, le réseau de lentilles peut rester à l'état liquide, ce qui nous permet de changer la périodicité des lentilles liquides si, dire, la différence de température entraînant les cellules de convection est modifiée. Cela devrait contribuer au développement de réseaux de lentilles accordables. »