Le confinement chamboule aussi les plastiques !
Les plastiques sont largement utilisés dans des applications en couches minces, notamment en microélectronique. Si les propriétés physiques de ces films sont susceptibles de changer par rapport au matériau massique, aucun consensus n’a été obtenu à ce jour sur des éventuels changements de densité. Question tranchée par des scientifiques qui ont pour la première fois mesuré directement des variations de densité avec l’épaisseur de films très minces de deux plastiques très courants. Ces résultats sont à retrouver dans la revue Polymer.
Les plastiques sont des matériaux organiques constitués de gigantesques chaînes de polymères. De nombreuses applications utilisent ces matériaux en films minces comme revêtements protecteurs, lubrifiants, couches adhésives ou encore couches isolantes en micro-électronique. Lorsque l'épaisseur de ces films diminue et se rapproche des dimensions caractéristiques des chaînes individuelles de polymère, les effets de confinement et les interactions dues à la présence de deux interfaces sont susceptibles de modifier profondément les propriétés physico-chimiques.
De nombreuses études ont en effet montré que la température de ramollissement (température de transition vitreuse Tg), le coefficient d'expansion thermique, le vieillissement physique ou encore la mouillabilité sont profondément affectés par l’épaisseur du film. Parmi ces propriétés clés, les éventuelles variations de densité restent très controversées, notamment parce que la plupart des évaluations récentes étaient obtenues par des méthodes indirectes qui dépendent d’un modèle et d’hypothèses spécifiques. Aucun consensus sur une variation possible de la densité avec l'épaisseur des films n'a donc pu être obtenue à ce jour par la communauté scientifique.
Une équipe du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) et de l’Institut de recherche Dupuy de Lôme (IRDL, CNRS/ENSTA Bretagne/Université de Bretagne Occidentale/Université Bretagne Sud) vient de résoudre cette énigme en développant une nouvelle technique expérimentale de dissolution de films plastiques monitorée par une microbalance à quartz. Cette approche leur a permis de mesurer directement des changements subtils de densité en fonction de l’épaisseur pour des films de deux plastiques très courants: le Polystyrène (PS) et le Polyméthacrylate de méthyle (PMMA ou Plexiglas).