Séance de cours

Forces de surface: Interactions électrostatiques et Van der Waals

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Dans cours

MICRO-470: Scaling laws in micro & nanosystems

This class adresses scaling laws in MEMS/NEMS. The dominant physical effects and scaling effects when downsizing sensors and actuators in microsystems are discussed, across a broad range of actuation principles. ...

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.

Enseignant·e·s (3)

Philippe Renaud

Philippe Renaud is Professor at the Microsystem Laboratory (LMIS4) at EPFL. He is also the scientific director of the EPFL Center of MicroNanoTechnology (CMI). His main research area is related to micronano technologies in biomedical applications (BioMEMS) with emphasis on cell-chips, nanofluidics and bioelectronics. Ph. Renaud is invloved in many scientifics papers in his research area. He received his diploma in physics from the University of Neuchâtel (1983) and his Ph.D. degree from the University of Lausanne (1988). He was postdoctoral fellow at University of California, Berkeley (1988-89) and then at the IBM Zürich Research Laboratory in Switzerland (1990-91). In 1992, he joined the Sensors and Actuators group of the Swiss Center for Electronics and Microtechnology (CSEM) at Neuchâtel, Switzerland. He was appointed assistant professor at EPFL in 1994 and full professor in 1997. In summer 1996, he was visiting professor at the Tohoku University, Japan. Ph. Renaud is active in several scientific committee (scientific journals, international conferences, scientific advisory boards of companies, PhD thesis committee). He is also co-founder of the Nanotech-Montreux conference. Ph. Renaud is committed to valorization of basic research through his involvement in several high-tech start-up companies.

Niels Quack

Prof. Dr. Niels Quack received the M.Sc. degree from Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland, in 2005, and the Dr.Sc. degree from Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), Zürich, Switzerland, in 2010. From 2011 to 2015, he was Postdoctoral Researcher and Visiting Scholar with the Integrated Photonics Laboratory, Berkeley Sensor and Actuator Center, University of California, Berkeley, CA, USA. From 2014 to 2015, he was Senior MEMS Engineer with Sercalo Microtechnology, Neuchâtel, Switzerland. He is currently an SNSF Assistant Professor with Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland. He has authored and co-authored more than 50 papers in leading technical journals and conferences. His research interests include photonic micro and nanosystems, with an emphasis on diamond photonics and silicon photonic MEMS. He is Steering Committee Member of the IEEE International Conference on Optical MEMS and Nanophotonics (OMN) and served as General Chair of the IEEE OMN 2018 and the Latsis Symposium 2019 on Diamond Photonics. He is a Senior Member of IEEE, Member of The Optical Society (OSA) and life member of SPIE.

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Concepts associés (24)

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.

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.

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.

Gecko

Geckos are small, mostly carnivorous lizards that have a wide distribution, found on every continent except Antarctica. Belonging to the infraorder Gekkota, geckos are found in warm climates throughout the world. They range from . Geckos are unique among lizards for their vocalisations, which differ from species to species. Most geckos in the family Gekkonidae use chirping or clicking sounds in their social interactions. Tokay geckos (Gekko gecko) are known for their loud mating calls, and some other species are capable of making hissing noises when alarmed or threatened.

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Séances de cours associées (45)

Tension de surface: Fondamentaux et applications

Couvre les bases de la tension de surface, des forces d'adhérence et des technologies de fabrication laser.

Potentiels intermoléculaires et forces de surface dans les liquides

Couvre les potentiels intermoléculaires, les forces de surface, la tension de surface et les surfaces hydrophobes dans les liquides.

Humidification et longueur des capillaires

Explore la mouillabilité, l'équilibre des forces, le comportement de mouillage et la longueur capillaire dans les liquides.

Tension de surface et angle de contact

Explore la tension superficielle, l'angle de contact, les phénomènes de mouillage et les comportements des nanoparticules à différentes échelles.

Capillarité et tension de surface

Couvre la capillarité, la remontée capillaire, le mouillage, le non mouillage et les forces de surface.

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Concepts associés (24)

Adhésion

Capillarité

Tension superficielle

Densité surfacique d'énergie

Gecko

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