Un moyen simplissime de mesurer les propriétés d'un matériau

Une nouvelle méthode très simple pour déterminer les propriétés mécaniques de matériaux en couches minces vient d'être dévoilée par une équipe internationale de chercheurs. La technique consiste à étudier les plis apparaissant sur une fine pellicule du matériau lorsqu'une goutte d'eau est placée dessus. En comptant le nombre de rides et en mesurant leurs longueurs, l'épaisseur et l'élasticité du film peuvent être déterminées avec une précision égale à celle de méthodes beaucoup plus sophistiquées comme la réflectivité sous rayons X.


La technique a été développée par Thomas Russell et ses collègues de l'université du Massachusetts. Les chercheurs ont étudié un certain nombre de films de polystyrène d'épaisseurs connues s'étendant de 31 à 233 nanomètres. L'expérience consiste simplement à disposer une minuscule goutte d'eau (de rayon inférieur à 1 millimètre) au centre de chaque film flottant lui-même à la surface d'un récipient rempli d'eau.

La force de capillarité entre la goutte et le film produit une série de rides qui rayonnent vers l'extérieur depuis le centre de la goutte (voir la photo). Les chercheurs ont découvert que le nombre de rides était une fonction mathématique dépendant du rayon de la goutte et de l'épaisseur du film. De grosses gouttes produisent davantage de rides que les petites, et les pellicules minces provoquent plus de rides que les pellicules épaisses. Une fois cette correspondance établie, l'épaisseur d'un film nouveau peut être déterminée en comptant simplement les rides et en mesurant le diamètre de la goutte d'eau.

Les chercheurs ont ensuite rajouté des quantités variées de produits chimiques au polystyrène, pour modifier son élasticité. En mesurant la longueur moyenne des rides sur des pellicules d'élasticité et d'épaisseur différentes, les scientifiques ont découvert que cette longueur dépendait de l'élasticité et de l'épaisseur du film. Ces propriétés pouvaient donc être déterminées en mesurant la longueur des rides et en les dénombrant.

A l'heure actuelle, l'élasticité et l'épaisseur d'une pellicule de polystyrène sont mesurées séparément en utilisant des techniques longues et onéreuses. "A présent tout laboratoire pourra effectuer ces mesures à l'aide d'un microscope optique courant", indique Russell, qui a précisé par ailleurs que cette nouvelle technique pourrait être utilisée sur n'importe quel matériau susceptible d'être transformé en couches minces.