Forces de surface: Interactions électrostatiques et Van der Waals

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Description

Cette séance de cours couvre les forces de surface fondamentales dans les micro et nanosystèmes, en se concentrant sur les forces d'adhésion électrostatiques dues aux charges sur les surfaces et les forces de van der Waals résultant d'interactions dipôle induites. Il traite de l'attraction coulombienne classique entre les particules chargées, de l'importance des charges de surface élevées pour les forces d'image électrostatiques et du potentiel énergétique de Lennard-Jones pour les interactions de van der Waals. La présentation explore également les mécanismes d'adhésion des geckos aux surfaces, le rôle des forces capillaires et les méthodes de mesure et de prévention de la stimulation dans les microsystèmes.

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Concepts associés (32)

Adhésion

En physique et en mécanique, l’adhésion est l’ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance mécanique à la séparation. Une fois le contact établi, l’énergie nécessaire pour réaliser la séparation s’appelle énergie d’adhésion (énergie par unité de surface). Elle ne doit pas être confondue avec l’adhérence, qui est au contraire la force (par unité de surface) nécessaire pour réaliser cette même séparation.

Longueur capillaire

La longueur capillaire est une dimension caractéristique d'un liquide sur laquelle les forces capillaires et les forces gravitationnelles sont de même grandeur. Elle est souvent notée l ou κ. Elle est à relier au nombre d'Eötvös utilisé en mécanique des fluides. La longueur capillaire est définie par : où : est la tension superficielle (en ) ; est la masse volumique (en ) ; est l'accélération de la pesanteur (en ).

Tension superficielle

vignette|et aux gerridés de se déplacer à la surface d'une mare. La tension superficielle est un phénomène physico-chimique lié aux interactions moléculaires d'un fluide. Elle résulte de l'augmentation de l'énergie à l'interface entre deux fluides. Le système tend vers un équilibre qui correspond à la configuration de plus basse énergie, il modifie donc sa géométrie pour diminuer l'aire de cette interface. La force qui maintient le système dans cette configuration est la tension superficielle.

Densité surfacique d'énergie

La densité surfacique d'énergie ou énergie surfacique, voire densité énergétique (quand le contexte surfacique est clair), est la quantité d’énergie par une unité de surface. Dans le Système international elle se mesure en J/m (joules par mètre carré). Dans un contexte industriel on l'exprime souvent en kWh/m (kilowatts-heures par mètre carré). Cette grandeur physique est principalement utilisée dans l'étude physique des interfaces entre liquides non miscibles, ou entre liquide et gaz, où elle caractérise l'énergie nécessaire à former une interface d'une certaine surface.

Capillarité

La capillarité est le phénomène d'interaction qui se produit aux interfaces entre deux liquides non miscibles, entre un liquide et l'air ou entre un liquide et une surface. Elle est due aux forces de tension superficielle entre les différentes phases en présence. On retrouve la capillarité lorsque les buvards aspirent l’encre, les éponges s’imbibent d’eau, ou quand on trempe une partie de son morceau de sucre dans son café et que ce sucre devient tout noir. Une bougie est constituée d'une mèche et de cire ou de stéarine.