Chemical surface functionnalizations for micromanipulation : modeling and experiments.
Fonctionnalisation de surface pour la micromanipulation : modélisation et expérimentation
Résumé
On the micrometer scale, surface forces applied to the object are significant compared
to volume forces. In order to overcome the adhesion phenomenon caused by these
scale effects, contactless microrobotics appears promising. Our work is merging
with microrobotics and chemistry of surfaces. The objective of this thesis is to
propose a method of micromanipulation based on innovative surface chemistry to
control electrostatic forces. The principle is based on the electric charges generated
by pH dependent chemical functions when placed in liquid medium. Modeling of
the interaction between a surface and a micro- functionalized object is based on
the exploitation of the phenomenon of the electrical double layer. Two surface
functionalization principles were used, (i) self-assembled monolayers (APTES),
and (ii) electrodeposition of polymer films (polyaniline , polypyrrole) that enable
localized deposits. The results highlight the interest of using electrostatic chemical
forces for micromanipulation applications.
A l’échelle du micromètre, les forces de surface appliquées à l’objet deviennent
prépondérantes par rapport aux forces volumiques. Dans le but de s’affranchir
du phénomène d’adhésion causé par ces effets d’échelle, la microrobotique sans
contact apparaît comme une voie prometteuse. Nos travaux sont à la jonction
entre la microrobotique et la chimie des surfaces. L’objectif de cette thèse est de
proposer une méthode de micromanipulation innovante exploitant la chimie des
surfaces afin de contrôler les forces électrostatiques. Nous exploitons les charges
électriques créées par les fonctions chimiques dépendantes du pH lorsqu’elles sont
placées en milieu liquide. La modélisation des interactions entre une surface et un
micro-objet fonctionnalisés repose sur l’exploitation du phénomène de la double
couche électrique. Deux principes de fonctionnalisation de surface ont été utilisés;
les monocouches auto-assemblées (APTES) qui sont facilement mises en oeuvre
et les films de polymères (polyaniline, polypyrrole) par voie électrochimique qui
permettent d’obtenir des dépôts localisés. Les résultats obtenus mettent en évidence
l’intérêt de l’exploitation des forces électrostatiques d’origine chimique pour des
applications de micromanipulation.
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