Rien dans le monde ordinaire n'informe notre intuition sur la façon dont les matériaux se comporteront aux interfaces moléculaires. Le dessin animé ci-dessous montre un processus d'impression typique : une résine d'impression photo-imageable formée en une couche sur un substrat rigide (plaquette de silicium ou de verre), avec le moule PDMS (silicone) planant au-dessus. Vous abaissez le moule PDMS dans la résine pour faire l'empreinte, faites clignoter la lampe UV pour durcir la résine et soulevez le moule PDMS.
Vous voulez que la résine durcie ait une bonne adhérence au substrat, se sépare proprement du moule PDMS et laisse une empreinte parfaite du moule dans la résine durcie. Mais nous avons tous eu l'expérience de démouler quelque chose, seulement pour trouver une partie de ce que nous moulons collée au moule, et la pièce correspondante manquante de notre objet moulé.
Cela a beaucoup à voir avec l'adhérence, dont il existe de nombreux mécanismes différents applicables à différents matériaux et situations. Avec les dimensions toujours plus réduites des dispositifs imprimés, les effets de surface et le contact atomique entre différents matériaux deviennent des considérations majeures.
Certains des mécanismes qui aident à expliquer le comportement des matériaux aux interfaces comprennent:
Mécanique – Le matériau A remplit les fissures ou les pores de la surface du matériau B et durcit sur place. C'est pourquoi la gravure d'une surface améliore l'adhérence. Pensez au moule PDMS qui a été « modelé » avec des millions de caractéristiques nano/micro – ça ressemble beaucoup à de la gravure, n'est-ce pas ?
Chimique - lorsque les deux matériaux joints réagissent chimiquement et que les molécules des matériaux adjacents échangent (liaison ionique) ou partagent (liaison covalente) des électrons. Les amorces et les traitements au plasma consistent à créer des sites atomiques à cette fin.
Dispersif, électrostatique et diffusif - lorsque deux matériaux sont maintenus ensemble respectivement par van der Waals, charge électrique et pénétration par des molécules à longue chaîne qui relient la «liaison».
Cordage, microstructures (comme les rapports d'aspect élevés des éléments moulés), hystérésis, mouillabilité, adsorption et adhérence latérale. . . quelles que soient ces choses.
Qu'en est-il des raisons pour lesquelles les choses ne collent pas ensemble - contamination de surface, impuretés, différences de CTE, relatif différences entre les matériaux dans les propriétés énumérées ci-dessus.
Yikes!
Ce n'est qu'au niveau moléculaire que se manifestent les forces gouvernantes responsables du comportement des matériaux aux interfaces. Les forces contrôlant ces comportements sont minuscules et elles opèrent des changements paradoxaux pour nous. Alors je le répète -
Rien dans le monde ordinaire n'informe notre intuition sur la façon dont les matériaux se comporteront aux interfaces moléculaires.
