Détermination des propriétés de surface par Microscopie à Force Atomique en mode contact intermittent

Le principe de la Microscopie à Force Atomique (AFM) consiste à mesurer les forces d’interactions interatomiques entre une pointe très fine fixée sur un levier de dimensions micrométriques et la surface de l’échantillon. En mode contact intermittent, on fait osciller le levier à une fréquence proche de la résonance de manière à ce que la pointe traverse le champ attractif de la surface et éventuellement vienne toucher la surface de l’échantillon au cours d’un cycle d’oscillation. La pointe va donc être soumise au cours de ce cycle d’abord à des forces d’attraction de type van der Waals (système mollissant), puis éventuellement à des forces de répulsion de type Hertzienne (système durcissant). Ceci génère des gradients de force fortement non linéaires qui entrainent une déformation marquée du pic de résonance (cf Fig. 1). L’analyse de la dynamique non-linéaire du levier autour de sa première résonance, en termes d’amplitude et de phase et pour des balayages en fréquence croissants ou décroissants, peut théoriquement permettre de remonter aux propriétés de surface (constante de Hamaker, module de viscoélasticité…) par identification.

Le travail de ce stage consiste avant tout à réaliser une bibliothèque d’expériences sur des surfaces de polymères de type thermoplastique dans différentes conditions expérimentales (distance moyenne pointe-échantillon, amplitude de vibration, rigidité et fréquence de résonance du levier…) et de réaliser des images topographiques dans différentes conditions expérimentales afin de pouvoir interpréter l’origine du contraste de phase.
Dans un second temps, ces données seront comparées avec les résultats théoriques d’un oscillateur soumis à un gradient de force non linéaire de complexité croissante. L’objectif de ce travail est de vérifier si cette méthodologie permet de déterminer de manière robuste les propriétés de surface d’un matériau de type polymère thermoplastique.

Les travaux se feront au sein du laboratoire Roberval de l’Université de Technologie de Compiègne sous l’encadrement de Pierre-Emmanuel Mazeran et d’Arthur Givois.

Une gratification est prévue.
Les candidatures sont réservées à des étudiants de type DUT Mesures Physiques ou équivalent.
Contact : mazeran@utc.fr, Arthur.givois@utc.fr

Voir la fiche jointe pour la figure.

mazeran@utc.fr