EP2892658B1

EP2892658B1 - Procede de formation d'un film de particules sur liquide porteur, avec deplacement d'une rampe inclinee de compression des particules

Info

Publication number: EP2892658B1
Application number: EP13762434.2A
Authority: EP
Inventors: Olivier Dellea; Philippe Coronel; Pascal Fugier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: WO2014037559A1; EP2892658A1; US9744557B2; FR2995228A1; FR2995228B1; US20150217328A1

Description

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention se rapporte au domaine des procédés et installations pour le dépôt de particules sur un substrat.
Plus précisément, elle concerne le dépôt d'un film de particules ordonnées, de préférence du type monocouche, dont la taille des particules peut être comprise entre quelques nanomètres et plusieurs centaines de micromètres. Les particules, de préférence de forme sphérique, peuvent par exemple être des particules de silice.
L'invention se rapporte essentiellement à une étape de formation du film de particules ordonnées à déposer, cette étape étant également dénommée structuration du film de particules, en particulier lorsque le film comprend des particules différentes, en dimensions et/ou matériaux.
L'invention présente des applications dans de nombreux domaines comme les piles à combustible, l'optique, la photonique, le revêtement de polymère, les puces, les MEMs, l'électronique organique et photovoltaïque, les échangeurs de chaleur, les capteurs, la tribologie, etc.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

De nombreuses techniques sont connues pour le dépôt de films de particules sur un substrat.
La technique la plus connue est celle dite de Langmuir-Blodgett, consistant à dispenser des particules sur un liquide porteur placé dans un réceptacle, puis à mettre ces particules en compression afin de les ordonner/compacter sur le liquide porteur, afin d'obtenir un film ordonné/compact. La mise en compression s'effectue entre le substrat partiellement immergé à la verticale, et une barrière verticale de mise en compression opposée au substrat, capable de se déplacer pour diminuer la surface occupée par les particules. Lorsque le film compact est formé, le substrat est mis en mouvement de même que la barrière de mise en compression, afin de déposer progressivement, par capillarité, le film sur ce substrat. La barrière accompagne donc le mouvement de tirage, afin de conserver l'ordonnancement des particules au sein du film.
Une autre technique, dite de Langmuir-Shaefer, permet le dépôt du film sur un substrat horizontal. Avec cette technique, l'ordonnancement du film s'effectue de manière analogue à celle de la technique Langmuir-Blodgett, par compression des particules entre deux butées, dont au moins l'une est mobile. Ensuite, le dépôt s'effectue en amenant horizontalement le substrat depuis l'extérieur, ou bien en remontant horizontalement le substrat préalablement immergé dans le liquide porteur.
Ces deux techniques de Langmuir-Shaefer trouvent leurs limites dans la réalisation de surfaces élevées. En effet, lorsqu'une quantité importante de particules est dispensée sur le liquide porteur afin de former une surface élevée, par exemple de l'ordre de 100 cm² ou supérieure, la mise en compression simultanée de toutes les particules effectuée par la barrière à la surface du liquide porteur peut s'avérer problématique, avec des risques associés de défauts locaux et/ou des défauts d'uniformité, comme des superpositions de billes, ou, inversement, la présence de vides dans le film.
Par ailleurs, ces techniques se heurtent également à l'impossibilité de former des films avec des gradients contrôlés de particules, tels que des gradients de matériaux et/ou de dimensions. La formation de tels films dits hétérogènes s'avère impossible, puisque la méthode de mise en compression, par déplacement de la barrière, rend totalement aléatoire le positionnement des particules les unes par rapport aux autres dans le film ordonné obtenu.
Il a été proposé une solution visant à résoudre les problèmes de dépôt sur de grandes dimensions, et celui de la formation contrôlée de films hétérogènes. Une telle solution est par exemple connue du document WO-A-200814604 , consistant globalement à former un film dans une zone de transfert, qui s'ouvre sur un substrat en défilement. La dispense des particules s'effectue en continue sur une rampe inclinée de sorte que celles-ci restent en permanence ordonnées/compactées entre un front amont de particules situé sur la rampe, et le substrat en défilement. Avec cette technique, lorsque de nouvelles particules sont dispensées sur la rampe, elles atteignent directement le front amont sur lequel elles adoptent un ordonnancement qui est conservé jusqu'au dépôt sur le substrat. Cette technique peut être mise en oeuvre avec un substrat oblique ou vertical en défilement, mais pas avec un substrat horizontal. Par ailleurs, cette technique souffre également d'un problème non négligeable en cas de défaut survenant dans l'ordonnancement des particules dans la zone de transfert. En effet, contrairement aux techniques de Langmuir-Shaefer et de Langmuir-Blodgett dans lesquelles le film est entièrement réalisé avant son dépôt sur le substrat, la technique décrite dans le document WO-A-200814604 réalise simultanément le dépôt sur le substrat d'une partie du film, et l'ordonnancement dans la zone de transfert d'une partie plus amont de ce même film. Par conséquent, en cas de défaut survenant dans l'ordonnancement dans la zone de transfert, celle-ci doit être vidée de ses particules et le tirage stoppé, avant que de nouvelles particules ordonnées viennent recouvrir la zone de transfert et que le tirage soit réamorcé. Néanmoins, la reprise du tirage dans de telles conditions est source de problèmes, et peut ne pas garantir le niveau de qualité requis. Par ailleurs, si une zone de transition entre des particules de différentes natures se trouvait dans la zone de transfert au moment du défaut, il peut s'avérer difficile, voire impossible, de reproduire de manière contrôlée ce gradient avec les nouvelles particules introduites dans la zone de transfert.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de dépôt d'un film de particules sur un substrat, selon la revendication 1.
L'invention est remarquable en ce qu'elle permet, essentiellement grâce au déplacement de la rampe inclinée au cours de la formation du film, de former un film de grande longueur tout en limitant les risques de défaut au sein de ce dernier. En effet, le film se forme progressivement directement sur la rampe au niveau du front amont de particules, avant d'être déposé sur le liquide porteur du réceptacle au fur et à mesure que la tête recule. Cette solution contraste fortement avec les solutions classiques de l'art antérieur basées sur les techniques de Langmuir-Schaefer et de Langmuir-Blodgett, dans lesquelles l'ensemble des particules sont placées sur le liquide porteur, avant d'être toutes mises en compression simultanément par la barrière prévue à cet effet.
Par ailleurs, l'invention permet la formation du film en intégralité sur le liquide porteur avant son dépôt sur le substrat, évitant ainsi les risques liés aux éventuelles reprises de tirage en cas de défaut dans l'ordonnancement, comme cela peut être rencontré avec la technique à zone de transfert décrite dans le document WO-A-200814604 . C'est néanmoins la technique de compression des particules par rampe inclinée divulguée dans ce document qui est retenue par la présente invention, car durant la formation du film, au moins une partie de l'énergie nécessaire à l'ordonnancement / au compactage des particules est amenée par la rampe inclinée transportant le liquide porteur et ces particules.
En outre, la formation contrôlée de films hétérogènes est parfaitement envisageable avec l'invention, puisque lorsque de nouvelles particules transitent par la rampe, elles atteignent directement le front amont sur lequel elles adoptent un ordonnancement / un compactage qui est conservé durant toute la formation du film, jusqu'au dépôt sur le substrat. Pour obtenir un film hétérogène, il suffit simplement de dispenser tour à tour des particules de natures différentes, qui se retrouvent dans le film avec un ordre correspondant à celui dans lequel elles ont été dispensées.
Enfin, l'invention offre l'avantage de pouvoir s'appliquer à toutes sortes de dépôts, sur substrat rigide ou souple, à l'horizontal, à la verticale ou oblique, par capillarité et/ou par contact direct, etc. Par ailleurs, le substrat peut être plan ou en trois dimensions.
De préférence, au cours de l'étape d'allongement du film, ledit front amont de particules est maintenu dans une même position sur la rampe. Cela contribue à l'obtention de conditions constantes de formation du film, quelle que soit la position de la tête au cours de cette formation. Dans le même but, il est préférentiellement fait en sorte que ladite tête présente des moyens d'aspiration permettant d'aspirer une partie du liquide porteur à proximité d'une extrémité immergée de ladite rampe inclinée, lesdits moyens étant activés au moins durant une partie de ladite étape d'allongement du film, et de préférence activés de manière constante durant toute l'étape d'allongement. Préférentiellement, la circulation de liquide est active durant la formation du film, mais il peut être préférable de l'arrêter lors du transfert ultérieur du film sur le substrat.
De préférence, des moyens d'amenée de liquide porteur alimentent ladite tête en liquide porteur de manière à ce que celui-ci entraîne avec lui, sur la rampe inclinée, lesdites particules. Ainsi, en contrôlant l'alimentation et l'aspiration de liquide porteur, il est aisé d'obtenir des conditions constantes de formation du film. Plus précisément, en pilotant ces deux paramètres d'alimentation et d'aspiration, il est possible d'obtenir un champ de vitesse sensiblement constant au voisinage de l'extrémité immergée de la rampe inclinée. Ce champ de vitesse constant du liquide contribue avantageusement à l'obtention d'une force de compression invariable au sein des particules ordonnées / compactées sur la rampe et dans le reste du film flottant sur le liquide porteur, et ce, donc, quelle que soit la position de la tête relativement au réceptacle et aux moyens formant barrière.
De préférence, lesdits moyens d'aspiration de liquide porteur communiquent avec lesdits moyens d'amenée de liquide porteur, un circuit fermé intégrant ces deux moyens traversés par le liquide porteur étant préférentiellement retenu. Il est noté que pour que le procédé fonctionne de façon optimale, la tension superficielle du liquide porteur, ainsi que sa température, doivent de préférence rester stables et uniformes. En conséquence, il est préférentiellement utilisé de l'eau dé-ionisée. Aussi, pour satisfaire cette condition, soit il est prévu un fonctionnement en circuit ouvert en amenant toujours de l'eau « neuve », soit il est retenu un circuit fermé assurant un filtrage et une purification de l'eau avant de la réinjecter.
De préférence, ledit liquide porteur et les particules sont dispensés dans un réservoir à débordement pratiqué dans la tête, ledit réservoir étant configuré pour que lorsqu'il déborde, la solution de liquide porteur et de particules s'écoule sur ladite rampe inclinée. Alternativement, le liquide et/ou les particules pourraient être dispensées directement sur la rampe, sans sortir du cadre de l'invention. Egalement, le réservoir à débordement pourrait être utilisé uniquement pour la réception du liquide avant son écoulement sur la rampe, ou bien encore uniquement pour la réception des particules avant leur écoulement sur la rampe.
Il est noté qu'une dispense directe sur la rampe peut ne pas laisser le temps aux particules de se répartir uniformément sur la largeur de la tête. Le principe à débordement est retenu tout d'abord car il permet de « filtrer » ou « d'atténuer » les fluctuations de surface générées par la pompe d'amenée du liquide porteur, également pour obtenir un écoulement laminaire uniforme sur la largeur de la rampe inclinée, et enfin pour avoir la possibilité d'injecter suffisamment en amont les particules pour qu'elles aient le temps de se répartir sur la largeur de la tête.
De préférence, ledit liquide porteur et lesdites particules sont dispensés séparément dans ledit réservoir. Alternativement, le liquide et les particules pourraient être préalablement mélangés avant d'être dispensés dans le réservoir ou directement sur la rampe inclinée, sans sortir du cadre de l'invention.
Selon un mode de réalisation préféré, ladite étape de transfert s'effectue avec le substrat orienté horizontalement. Dans un tel cas, ledit substrat est amené au contact dudit film de particules flottant sur le liquide porteur, en étant déplacé verticalement. Pour ce faire, ledit substrat horizontal est immergé dans ledit liquide porteur durant la formation dudit film de particules, puis remonté verticalement afin que ce film se dépose sur ce substrat horizontal, à la manière de la technique Langmuir-Shaefer. Alternativement, le déplacement vertical peut s'effectuer depuis l'extérieur, en descendant le substrat jusqu'à ce qu'il arrive au contact du film.
Dans ce mode de réalisation préféré, lesdits moyens formant barrière peuvent faire partie intégrante des moyens pour déplacer verticalement le substrat. Quoi qu'il en soit, dans ce mode de réalisation, toutes les particules du film compact / ordonné sont déposées simultanément sur le substrat.
Selon un autre mode de réalisation, ladite étape de transfert s'effectue avec le substrat orienté verticalement ou de façon oblique. Par oblique, il est ici entendu une direction inclinée par rapport aux directions verticale et horizontale.
Dans ce mode de réalisation, ledit transfert s'effectue par tirage du substrat, et par mise en mouvement du film sur le liquide porteur par déplacement de ladite tête en direction dudit substrat. La tête effectue par conséquent un déplacement opposé à celui opéré durant la formation du film.
Ici, ledit substrat vertical ou oblique est rigide ou souple, préalablement immergé au moins en partie, ou situé à l'extérieur du réceptacle.
De préférence, lesdits moyens formant barrière sont formés, au moins en partie, par ledit substrat. Alternativement, des moyens additionnels peuvent être adoptés pour remplir cette fonction temporaire de barrière, ces moyens additionnels étant alors libérés au moment du dépôt du film.
Enfin, postérieurement au transfert sur le substrat, le procédé intègre de préférence une étape de recuit thermique pour faciliter le dépôt et l'adhérence de ces particules sur le substrat.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;

la figure 1 montre une installation de dépôt pour la mise en oeuvre d'un procédé selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, en coupe schématique prise le long de la ligne I-I de la figure 2 ;
la figure 2 représente une vue schématique de dessus de l'installation de dépôt montrée sur la figure 1 ;
les figures 3a à 3f représentent différentes étapes d'un procédé de dépôt mis en oeuvre à l'aide de l'installation montrée sur les figures précédentes, selon un premier mode de réalisation préféré ;
les figures 4a et 4b schématisent un procédé de dépôt selon un second mode de réalisation préféré ; et
la figure 5 schématise un procédé de dépôt selon un troisième mode de réalisation préféré.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS

En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, il est représenté une installation 1 pour le dépôt d'un film de particules sur un substrat, ici un substrat horizontal.
L'installation 1 comporte un dispositif 2 de dispense de particules, dont la taille peut être comprise entre quelques nanomètres et plusieurs centaines de micromètres. Les particules, de préférence de forme sphérique, peuvent par exemple être des particules de silice. D'autres particules d'intérêt peuvent être faites de métal ou d'oxyde de métal comme le Platine, le TiO2, de polymère comme le polystyrène ou le PMMA, de carbone, etc., ou encore tout type de molécules.
Plus précisément, dans le mode de réalisation préféré, les particules sont des sphères de silice d'environ 1 µm de diamètre, éventuellement stockées en solution dans le dispositif de dispense 2. La proportion du milieu est d'environ 7 g de particules pour 200 ml de solution, ici du butanol. Naturellement, pour des raisons de clarté, les particules représentées sur les figures adoptent un diamètre supérieur à leur diamètre réel.
Le dispositif de dispense 2 présente une buse d'injection 6 commandable, d'environ 500 µm de diamètre.
En outre, l'installation 1 dispose, à proximité du dispositif 2, de moyens 3 d'amenée d'un liquide porteur 16, également commandables par le biais d'une vanne 7 ou similaire.
Elle comporte aussi un réceptacle en forme de bac 10, par exemple de forme parallélépipédique rectangle, dans lequel se trouve le liquide porteur 16.
Par ailleurs, elle comporte une tête 5 intégrant une rampe inclinée 12 de circulation des particules 4 et du liquide porteur 16. L'extrémité haute 12a de la rampe inclinée délimite l'ouverture d'un réservoir à débordement 9 pratiqué dans la tête, et dans lequel les particules 4 ainsi que le liquide porteur 16 sont destinés à être dispensés. Par conséquent, en fonctionnement, lorsque le liquide 16 déborde du réservoir 9, il est évacué par la rampe 12, en entraînant avec lui les particules 4 préalablement dispensées à la surface de ce même réservoir par le dispositif 2.
La rampe 12 est plane, inclinée d'un angle compris entre 5 et 60°, de préférence entre 5 et 25°, permettant aux particules d'être acheminées vers le liquide porteur situé dans le bac 10, puisque l'extrémité haute de la rampe 12 est surélevée par rapport au niveau de liquide dans ce bac. En fonctionnement, malgré l'introduction continue de liquide dans le bac par les moyens 3, via la rampe 12, le niveau de liquide dans le bac est préférentiellement maintenu constant par des moyens d'aspiration de liquide, portant la référence numérique générale 13. Ces moyens permettent d'aspirer du liquide 16 à proximité d'une extrémité inférieure 12b de la rampe 12, qui est immergée dans ce même liquide. Pour ce faire, les moyens 13 présentent une bouche d'aspiration 15 en partie inférieure de la tête, bouche qui est reliée par un canal à une pompe 17, le tout étant de préférence intégré à un circuit hydraulique fermé comprenant également les moyens de dispense de liquide 3 situés au-dessus du réservoir à débordement 9, et communiquant donc avec les moyens d'aspiration 13.
Le liquide 16 est ainsi re-circulé à l'aide des moyens précités, entre l'extrémité inférieure de la rampe et son extrémité supérieure, même si d'autres conceptions peuvent être retenues, notamment à circuit ouvert, sans sortir du cadre de l'invention.
La rampe 12, plongeant dans le liquide 16 du bac 10, définit avec le niveau horizontal de ce liquide une ligne d'inflexion 24, qui forme une entrée de particules dans le bac. Cette entrée se situe à distance d'une barrière de particules 23, placée dans le bac 10 délimité par deux rebords latéraux 28 retenant le liquide porteur 16. Ces rebords 28, en regard et à distance l'un de l'autre, s'étendent parallèlement à une direction principale d'écoulement du liquide porteur et des particules dans l'installation, cette direction étant schématisée par la flèche 30 sur les figures 1 et 2.
Entre l'entrée 24 et la barrière 23 à la surface du liquide porteur, il est donc créé une zone 14 d'accumulation des particules, qui prend par conséquent, entre les rebords latéraux 28, la forme d'un couloir sensiblement rectangulaire. D'autres géométries pourraient néanmoins être adoptées, sans sortir du cadre de l'invention.
L'installation 1 est également pourvue d'un support 35 du substrat 36 immergé dans le fond du bac. Le support est équipé d'un plateau horizontal 37 sur lequel repose le substrat 36, d'une poignée 39 située à l'extérieur du bac, et d'une zone de raccord 41 entre la poignée et le plateau. D'ailleurs, la barrière 23 précitée peut ici être formée par la partie de la zone de raccord 41 traversant la surface du liquide 16, et/ou par la paroi d'extrémité aval 10' du bac 10, comme cela sera décrit ci-après.
Dans ce premier mode de réalisation, le substrat peut être rigide ou souple, car supporté par le plateau 37.
L'une des particularités de la présente invention réside ici dans le fait que la tête 5 est déplaçable en translation relativement au bac 10, selon la direction 30, à savoir parallèlement à la surface du liquide porteur. Pour ce faire, des moyens classiques de translation 45 peuvent être adoptés (uniquement représentés schématiquement), par exemple pilotés par un moteur linéaire à déplacement rectiligne. La tête 5, équipée de ses moyens 2, 3, est donc capable d'être déplacée à la surface du liquide porteur, de façon à pouvoir être éloignée / rapprochée de la barrière 23.
Un procédé de dépôt de particules selon un premier mode de réalisation va maintenant être décrit en référence aux figures 3a à 3f.
Tout d'abord, la tête 5 est suffisamment reculée pour permettre l'immersion du substrat 36 porté par le plateau du support 35, comme cela est schématisé sur la figure 3a. Ensuite, la tête est déplacée dans l'autre sens afin de se rapprocher de la barrière 23. Comme le montre la figure 3b, la zone d'accumulation 14 entre cette barrière et la ligne d'inflexion 24 est alors très réduite, de manière à pouvoir réaliser l'amorce d'un film de particules.
Pour ce faire, la buse d'injection 6 est activée dans le but de débuter la dispense des particules 4 dans le réservoir, de même que, au préalable, les moyens d'aspiration de liquide 13 et d'amenée de liquide 3 sont eux aussi activés. Les débits des moyens 13 et 3 sont de préférence maintenus constants durant toute la durée de dispense des particules, afin d'obtenir des conditions constantes de formation du film, quelle que soit d'ailleurs la position de la tête au cours de la formation de ce film.
Pour l'étape de réalisation de l'amorce du film dans la zone d'accumulation réduite 14, il s'agit simplement de remplir cette zone 14 par des particules 4 flottant sur le liquide porteur.
Durant cette phase, les particules 4 débordant du réservoir circulent sur la rampe 12, puis pénètrent dans la zone 14 dans laquelle elles se dispersent. Au fur et à mesure que ces particules 4 pénètrent dans la zone 14, elles viennent en butée contre la barrière 23, puis le front amont de ces particules a tendance à se décaler vers l'amont, en direction de la ligne d'inflexion 24. L'injection de particules se poursuit même après que ce front amont ait dépassé la ligne 24, afin qu'il remonte sur la rampe inclinée 12, comme montré sur la figure 3c.
Effectivement, il est fait en sorte que le front amont de particules 54 remonte sur la rampe 12 de manière à ce qu'il se situe à une distance horizontale « d » donnée de la ligne d'inflexion 24, cette distance « d » pouvant être de l'ordre de 15mm.
A cet instant, les particules 4 formant l'amorce sont ordonnées/compactées dans la zone réduite 14 et sur la rampe 12, sur laquelle elles s'ordonnent / se compactent automatiquement, sans assistance, grâce notamment à leur énergie cinétique et aux forces capillaires mises à profit au moment de l'impact sur le front 54. Dans le cas de particules sphériques tel que présenté dans ce mode de réalisation, l'ordonnancement est tel que l'amorce de film compact obtenue présente une structure dite « hexagonale compacte », dans laquelle chaque particule 4 est entourée et contactée par six autres particules 4 en contact entre elles. Il est alors indifféremment parlé de film compact de particules, ou de film de particules ordonnées, cette dernière terminologie étant préférentiellement retenue dans le cas des particules sphériques.
Une fois que les particules ordonnancées 4 formant l'amorce de film 4' recouvrent l'intégralité du liquide porteur situé dans la zone réduite d'accumulation 14, une nouvelle étape est débutée, visant à allonger la longueur du film.
Cette étape d'allongement est mise en oeuvre en poursuivant l'aspiration et l'amenée de liquide, ainsi que la dispense de particules. En revanche, la tête 5 est reculée de manière à s'éloigner de la barrière 23, afin d'allonger la zone d'accumulation 14 dans laquelle se forme le film 4" de particules 4. Ce déplacement est effectué à une vitesse qui permet de conserver le front de particules 54 sur la rampe 12, de préférence dans une position constante, tel que cela a été schématisé sur la figure 3d. Par conséquent, le film 4" s'allonge progressivement au fur et à mesure que la tête 5 recule relativement au bac 10, tout en maintenant l'ordonnancement des particules 4 déjà déposées sur la rampe 12 et dans la zone 14. Ce principe d'étirement du film vers l'amont, dans le sens inverse de dispense des particules, permet de conserver des conditions sensiblement constantes de formation du film, rendant la qualité de ce dernier indépendante de sa longueur. Le film 4' peut être formé sur une grande longueur, avoisinant la longueur totale du bac, et permet donc des dépôts de qualité sur des surfaces importantes. D'ailleurs, comme montré sur la figure 3e de façon schématique, un film 4" hétérogène peut être obtenu de manière contrôlée, puisque lorsque de nouvelles particules 4 transitent par la rampe 12, elles atteignent directement le front amont 54 sur lequel elles adoptent un ordonnancement qui est conservé durant toute la formation du film. Il suffit alors simplement de dispenser tour à tour des particules 4 de natures différentes, par exemple de tailles différentes comme schématisé sur la figure 3e, qui se retrouvent ensuite dans le film 4" dans un ordre correspondant à celui dans lequel elles ont été dispensées.
A cet effet, il est possible de mettre en place plusieurs injecteurs de particules afin d'actionner celui souhaité au moment souhaité. Il est même possible de diviser la rampe en sections, chaque section étant séparée des autres par une ou deux parois parallèles aux bords, et d'associer à chaque section un ou plusieurs injecteurs. Il est ainsi possible de réaliser un gradient dans le sens de déplacement de la tête mais aussi dans la direction perpendiculaire à ce déplacement.
Une fois le film 4" allongé à la longueur désirée, toujours maintenu par la rampe incliné 12 de la tête à l'arrêt, ce film est transféré sur le substrat 36 selon une technique analogue à celle de Langmuir-Shaefer. Une représentation schématique de cette étape a été réalisée sur la figure 3f. Elle consiste à déplacer verticalement le substrat 36 à l'aide de la poignée 39 du support 35, de manière manuelle ou automatisée. Maintenu horizontalement durant ce déplacement, lorsque ce substrat 36 arrive au contact des particules du film 4", celui-ci se dépose sur la surface supérieure du substrat. L'excédent de particules 4 restant sur le liquide porteur peut ensuite être déplacé de manière à former toute ou partie de l'amorce d'un film suivant à déposer. Alternativement, l'excédent peut être aspiré.
Il est par ailleurs noté que la barrière 23 peut éventuellement être formée non seulement par le support 35, mais également en combinaison avec la paroi d'extrémité aval 10' du bac, lorsque la zone de jonction 41 présente une largeur inférieure à la largeur totale du bac entre les deux rebords latéraux. Dans un tel cas, après le dépôt du film 4" sur le substrat, des particules 4 subsistent de part et d'autre du film emporté sur ce même substrat 36, comme montré sur la figure 3f. Une autre solution consiste à faire en sorte que cette barrière soit intégralement formée par cette paroi d'extrémité aval 10' du bac en regard de la rampe 12. Dans un tel cas, la zone de raccord 41 se situe alors de préférence au plus près de l'un et/ou de l'autre des rebords latéraux 28.
Pour faciliter le dépôt et l'adhérence des particules 4 sur le substrat 36, de préférence réalisé en polymère, il est prévu un recuit thermique postérieurement au transfert. Ce recuit thermique est par exemple réalisé à 80°C, en utilisant un film mat de laminage basse température à base de polyester, par exemple commercialisé sous la référence PERFEX-MATT™, d'épaisseur 125µm.
L'avantage d'un tel film en tant que substrat est que l'une de ses faces devient collante à la température de l'ordre de 80°C, ce qui permet de faciliter l'adhérence des particules 4. Alternativement, le substrat 36 peut être du type silicium, verre, ou encore film piézoélectrique.
Comme évoqué ci-dessus, au cours de l'allongement du film, l'injection de particules / de liquide et la vitesse de déplacement de la tête sont réglées de sorte que le front de particules 54 reste dans une position sensiblement identique. Pour ce faire, le débit de particules peut être de l'ordre de 0,01 ml/min à 10 ml/min, tandis que la vitesse linéaire de la tête 5 peut être de l'ordre de quelques mm/min à 30 cm/min. le débit de liquide porteur est quant à lui fixé entre 100 et 1000 ml/min.
Les figures 4a et 4b schématisent un second mode de réalisation préféré, dans lequel le transfert du film s'effectue sur un substrat 36 orienté verticalement. La formation du film 4" de particules ordonnées 4 sur le liquide porteur 16 s'effectue d'une manière identique ou analogue à celle présentée dans le cadre du premier mode de réalisation, avec la barrière 23 étant ici constituée par une partie du substrat 36 située en périphérie du bac, comme montré sur la figure 4a. Les particules sont donc en contact direct avec ce substrat. Ensuite, pour le transfert, le substrat est déplacé verticalement en même temps que le film 4" est poussé par la tête 5 en déplacement dans le sens opposé à celui ayant permis l'allongement du film. Un tirage classique est alors obtenu, comme schématisé sur la figure 4b. Ce mode de réalisation pourrait être mis en oeuvre avec le substrat 36 préalablement immergé en partie dans le liquide porteur, sans sortir du cadre de l'invention. D'ailleurs, c'est la solution préférentiellement retenue pour le troisième mode de réalisation montré sur la figure 5, dans lequel le substrat 36 préalablement immergé en partie, est agencé de façon oblique, c'est-à-dire incliné par rapport aux directions verticale et horizontale. Pour le tirage, le substrat 36 est préférentiellement déplacé dans le plan dans lequel il se trouve au cours de l'étape antérieure de formation du film, durant laquelle sa partie traversant le liquide porteur remplit le rôle de barrière 23.
Pour le second et le troisième modes de réalisation, le substrat 36 est préférentiellement rigide, mais pourrait être remplacé par un substrat souple sous forme de bande en défilement, passant par des rouleaux ou analogues.
Des applications possibles pour les procédés qui viennent d'être décrits ont été mentionnées ci-dessus. Des exemples concrets sont également décrits ci-dessous.
Il s'agit par exemple d'échangeurs thermiques. La structuration des parois des échangeurs est un moyen pour régler les échanges thermiques. Ces structurations sont réalisables par lithographie avec un masque de particules. Avec les procédés décrits ci-dessus, la mise en oeuvre de dépôts hétérogènes associant des particules de différentes dimensions rend possible l'obtention de géométries habituellement réalisées par lithographie, et notamment à des géométries avec des gradients de tailles de particules. Il est donc possible, avec cette technique, de former des surfaces avec des gradients d'énergie, par exemple pour favoriser la formation et l'écoulement de gouttes condensées en surface
Un autre exemple se rapporte au domaine de la tribologie. Pour les applications mécaniques, des films compacts peuvent être utilisés comme masque de lithographie pour créer des micro/nanocuves permettant la rétention du lubrifiant à la surface des objets en frottement. L'ajustement des dimensions de ces micro/nanocuves de rétention est un paramètre de réglage du coefficient de frottement. Un moyen simple pour changer les dimensions de ces micro/nanocuves est d'utiliser comme masque de gravure un film compact hétérogène composé de différentes tailles de particules, facile à obtenir avec le procédé spécifique à la présente invention.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à la divulgation qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs, l'étendue de l'invention étant limitée par les revendications.

Claims

Procédé de dépôt d'un film (4") de particules (4) sur un substrat (36), comprenant un procédé de formation d'un film de particules ordonnées (4) sur un liquide porteur (16) présent dans un réceptacle (10), caractérisé en ce que le procédé de formation du film comprend les étapes successives suivantes :
- réalisation d'une amorce de film (4') entre des moyens formant barrière (23) et une tête (5) présentant une rampe inclinée (12), ladite amorce étant obtenue par dispense de particules via ladite rampe inclinée, opérée jusqu'à ce que ces particules (4) flottant sur le liquide porteur occupent l'espace entre les moyens formant barrière (23) contre lesquelles elles sont en butée, et un front amont de particules (54) situé sur la rampe inclinée ; et

- allongement du film en réalisant, simultanément, une poursuite de la dispense de particules (4) via ladite rampe inclinée (12), et un déplacement de ladite tête (5) relativement au réceptacle (10) de manière à éloigner cette tête desdits moyens formant barrière (23), cet allongement du film étant effectué de manière à maintenir ledit front amont de particules (54) sur la rampe inclinée,
et en ce qu'une fois l'étape d'allongement du film achevée, le procédé de dépôt comporte une étape de transfert dudit film (4") sur le substrat (36).
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de transfert s'effectue avec le substrat (36) orienté horizontalement.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit substrat (36) est amené au contact dudit film (4") de particules flottant sur le liquide porteur (16), en étant déplacé verticalement.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit substrat horizontal (36) est immergé dans ledit liquide porteur (16) durant la formation dudit film de particules, puis remonté verticalement afin que ce film se dépose sur ce substrat horizontal.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de transfert s'effectue avec le substrat (36) orienté verticalement ou de façon oblique.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transfert s'effectue par tirage du substrat (36), et par mise en mouvement du film (4") sur le liquide porteur par déplacement de ladite tête (5) en direction dudit substrat (36).
Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que ledit substrat vertical ou oblique (36) est rigide ou souple.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens formant barrière (23) sont formés par ledit substrat.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape d'allongement du film, ledit front amont de particules (54) est maintenu dans une même position sur la rampe (12).
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite tête (5) présente des moyens d'aspiration (13) permettant d'aspirer une partie du liquide porteur (16) à proximité d'une extrémité immergée (12b) de ladite rampe inclinée (12), lesdits moyens (13) étant activés au moins durant une partie de ladite étape d'allongement du film.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens d'amenée de liquide porteur (3) alimentent ladite tête (5) en liquide porteur de manière à ce que celui-ci entraîne avec lui, sur la rampe inclinée (12), lesdites particules (4).
Procédé selon la revendication 11 combinée à la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'aspiration de liquide porteur (13) communiquent avec lesdits moyens d'amenée de liquide porteur (3).
Procédé selon la revendication 11 ou la revendication 12, caractérisé en ce que ledit liquide porteur (16) et les particules (4) sont dispensées dans un réservoir à débordement (9) pratiqué dans la tête (5), ledit réservoir étant configuré pour que lorsqu'il déborde, la solution de liquide porteur (16) et de particules (4) s'écoule sur ladite rampe inclinée (12).
Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit liquide porteur (16) et lesdites particules (4) sont dispensés séparément dans ledit réservoir (9).