Gouttes de liquide dispersées dans un autre liquide sur une surface solide. Etude de l’évolution de la mouillabilité d’une surface solide par traitement d’image vidéo.
© Mathieu PETRISSANS/CNRS Photothèque.
A l’heure de la microfluidique où les liquides s’écoulent et réagissent dans des canaux de la taille d’un cheveu, des matériaux nanoporeux où les surfaces d’échanges sont plus importantes que le matériau lui-même, ou encore de la nanomédecine qui transporte des nanomédicaments encapsulés dans des nanosphères, nombreuses sont les applications où la matière se retrouve confinée dans des géométries proches de la taille des molécules elles-mêmes.
A cette échelle, le rôle joué par la surface devient prépondérant et les lois thermodynamiques classiques qui permettaient de décrire le système macroscopique ne sont plus forcément valides. Qui plus est, la mesure directe de grandeurs comme la tension de surface n’est souvent pas possible, alors que sa connaissance ou sa modélisation permettraient d’optimiser les propriétés de nombreux nano systèmes.
Dans une récente étude, Wei DONG, chercheur du Laboratoire de chimie (CNRS/ENS Lyon/Université Claude Bernard), s’est donc attelé à étendre la théorie de Gibbs pour prendre en compte les effets de surface prépondérants à l’échelle nanométrique. Son travail théorique montre qu'il est alors nécessaire d'introduire des nouveaux concepts, comme deux tensions superficielles distinctes, l’une différentielle et l’autre intégrale, au lieu d’une seule comme dans la théorie de Gibbs.
Cette avancée théorique a été récemment publiée dans la revue PNAS et devrait permettre de mieux comprendre le comportement des systèmes nanométriques. En outre, la mesure de grandeurs macroscopiquement accessibles, comme l’adsorption intégrale (notion associée à la tension superficielle intégrale) de matière dans un système nanoporeux par exemple, devrait permettre de déduire la tension de surface différentielle de ce système grâce au modèle proposé. Les recherches à venir porteront à présent sur sa vérification expérimentale de ce modèle.
Référence:
Thermodynamics of interfaces extended to nanoscales by introducing integral and differential surface tensions.
W. DONG PNAS 2021 Vol. 118 (3) e2019873118.
https://doi.org/10.1073/pnas.2019873118
Source: CNRS INC