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Design, fabrication and characterization of terahertz planar Schottky diode / Conception, fabrication et caractérisation de diodes Schottky planaires terahertzJenabi, Sarvenaz January 2017 (has links)
Dans cette thèse, les diodes Schottky pour des applications en ondes millimétriques et aux fréquences térahertz sont étudiées. Une méthodologie de conception et d'optimisation est proposée pour améliorer la performance de telles diodes. La conception et les simulations sont effectuées à l'aide d'un programme basé sur un modèle analytique. Les différentes méthodes de calcul de la fréquence de coupure de la diode sont définies, étudiées et classifiées selon les applications potentielles. En utilisant un modèle de diode générique et général, une nouvelle approche pour calculer la fréquence de coupure est suggérée pour les applications de mélangeur / multiplicateur. Cette approche permet d'évaluer la tension seuil avec une précision beaucoup plus grande et proche de la réalité. En outre, la conception d’une diode Schottky en tenant compte dès le départ l’application visée (détecteur direct, mélangeur ou multiplicateur) est étudiée. Cette thèse montre que l'ingénierie de la structure épitaxiale a un impact important lorsque l’on utilise une conception de diode basée sur l’application finale comme proposée. Un procédé de microfabrication a été entièrement développé et caractérisé. Une méthode de planarisation unique est introduite pour permettre de connecter la diode par des ponts à air en minimisant les effets parasites. Afin d'éviter une coûteuse lithographie par faisceau électronique, une anode en forme de T est produite en utilisant une technique de photolithographie. Ce procédé est fiable et répétitif, est de faible coût et offre une grande souplesse en matière de conception en plus de répondre au besoin d‘une production de masse, pour laquelle la lithographie par faisceau d’électrons n’est guère possible. Le procédé final nécessite simplement deux étapes de métallisation, nombre minimal possible que nous avons atteint. En raison des exigences de recuit du contact ohmique, il est impossible d’avoir moins de deux étapes de métallisation. Le processus de planarisation proposé repose sur l'utilisation de différents taux de gravure plasma de deux résines couramment utilisées. Pour les travaux réalisés dans cette thèse, une épitaxie GaAs HBT disponible au sein du laboratoire a été utilisée. Les résultats de caractérisation de diodes réalisés dérivés des mesures DC et RF sont rapportés et comparés avec les résultats de la simulation. Les résultats de mesure montrent une réduction significative de la capacité parasite de la diode à moins de 20% de sa capacité totale. Par conséquent, le procédé de conception et de fabrication de ce travail peut fournir des diodes qui peuvent fonctionner au-delà du térahertz avec des dimensions pour l’anode plus grandes que les diodes trouvées dans la littérature et qui peuvent donc être fabriquées uniquement par des techniques de photolithographie optique. / Abstract: In this thesis, Schottky diodes for millimeter waves and terahertz application are scrutinized. A design and optimization methodology is proposed to improve the diode performance. Design and simulations are performed by using an analytical model based code. Diode cut-off frequency calculation methods are studied and classified for different applications. Considering general diode equivalent circuit model, a new approach for calculating the cut-off frequency is suggested for mixer/multiplier applications. This approach provides cut-off much closer to its practical value. Also, the diode design based on its application, direct detector and mixer/multiplier, is studied. It is shown that the epitaxial structure engineering has impact on diode application based design. For diode realization a microfabrication process is developed. Unique planarization method is introduced which provides necessary substruction for the airbridges. In order to avoid expensive e-beam lithography, a T-shaped anode is produced by employing photolithography technique. This process is repeatable, reliable, low cost, gives high flexibility in design terms, and suitable for mass production. The final process merely requires two metallization steps which is minimum possible number due to annealing requirement of ohmic contact. The proposed planarization process is based on using different plasma etching rates of two common resists. In the diode fabrication an available GaAs HBT epitaxial wafer is used. The realized diode characterization results derived from DC and RF measurements are reported and compared with the simulation results. The measurement results showed significant reduction in parasitic capacitance of the diode to under twenty percent of its total capacitance. Therefore, the design and fabrication method of this work can provide diodes to operate over one terahertz with larger anode area (that can be produced by photolithography techniques).
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Interface p-n à base de cuprates supraconducteursDion, Maxime January 2017 (has links)
Cette thèse porte sur l'exploration des propriétés de l'interface entre les deux cuprates supraconducteurs La1.85Sr0.15CuO4 et Pr1.85Ce0.15CuO4 réunis selon l'axe c sous la forme d'une bicouche. En particulier, on y démontre l'existence d'un phénomène de transfert de charge entre ces deux matériaux qui génère, à l'interface, une région isolante que nous surnommons le "plateau de Mott".
Cette thèse couvre de nombreux sujets que l'on peut diviser en deux axes principaux. D'abord les aspects liés à la croissance et à la structure de la bicouche et ensuite les propriétés de transport de l'interface isolante.
Dans un premier temps, une interface directe et franche entre ces deux cuprates de dopages opposés est réalisée via une optimisation de la croissance épitaxiale de ces matériaux en bicouche par ablation laser pulsé. La qualité cristalline des meilleurs échantillons obtenus est exceptionnelle, et ce, malgré l'important désaccord de maille entre les deux structures.
La structure cristalline est ensuite principalement caractérisée par la diffraction des rayons X. Cette mesure permet d'obtenir des informations pertinentes sur la composition, l'homogénéité et les dimensions caractéristiques des couches minces. Le champ de déformation causé principalement par le désaccord de maille et la présence de dislocations à l'interface est également étudié.
À cet effet, le formalisme de séparation des effets de taille et des déformations structurelles de Warren et Averbach est adapté au cas particulier des couches minces. L'accord frappant avec laquelle ce formalisme s'applique à nos résultats témoigne de la qualité des mesures expérimentales et de la netteté de ces structures. Afin d'expliquer la forme du champ de déformation mesuré, un modèle analytique basé sur la présence de dislocations d'interface est développé. Celui-ci nous permet, entre autres, d'extraire les paramètres caractéristiques du champ de déformation. Ces nouveaux outils d'analyse permettront sans doute de tirer davantage d'informations pertinentes de la diffraction des rayons X dans des projets futurs.
La mise en évidence de l'existence du plateau de Mott et la caractérisation des propriétés sont menées via des mesures de résistance électrique. Plusieurs obstacles liés à la microfabrication des échantillons doivent d'abord être considérés. Le présent travail permet d'identifier un certain nombre de procédés qui provoquent une dégradation, parfois fatale, des propriétés des bicouches de cuprates. Dans certains cas, des solutions sont fournies ou suggérées. Les causes de ces dégradations sont généralement en lien avec la mobilité des atomes d'oxygène dans ces structures. Le savoir-faire développé ici pourra donc s'appliquer à l'étude des systèmes à base d'oxydes en général.
Finalement, des mesures de transport électrique doublées du modèle analytique de la barrière ohmique permettent d'observer l'apparition d'une zone isolante à l'interface entre les cuprates supraconducteurs La1.85Sr0.15CuO4 et Pr1.85Ce0.15CuO4. Les propriétés de transport non linéaires et asymétriques en tension de cette interface indiquent qu'elle conduit principalement par effet tunnel. L'existence de cette barrière isolante est causée par un transfert de charge entre les deux matériaux à la manière d'une jonction p-n semi-conductrice. Par contre, dans ce cas-ci, la barrière isolante est le résultat d'une transition de Mott dans la zone d'appauvrissement ce qui lui vaut l'appellation de plateau de Mott.
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Rapid Prototyping Of Microfluidic PackagesPepper, Michael 01 January 2006 (has links)
In the area of MEMS there exists a tremendous need for communication between the micro-device and the macro world. A standard protocol or at least multiple standards would be of great use. Electrical connections have been standardized for many uses and configurations by the integrated circuit industry. Standardization in the IC industry has created a marketplace for digital devices unprecedented. In addition to the number of "off the shelf" products available, there exists the possibility for consumers to mix and match many devices from many different manufacturers. This research proposes some similar solutions as those for integrated circuits for fluid connections and mechanical configurations that could be used on many different devices. In conjunction with offering the capability to facilitate communication between the micro and macro worlds, the packaging solutions should be easy to fabricate. Many devices are by nature non-standard, unique, designs that make a general solution difficult. At the same time, the micro-devices themselves will inevitably need to evolve some standardization. In BioMEMS devices the packaging issue is concerned with delivering a sample to the device, conducting the sample to the sensor or sensors, and removing the sample. Conducting the sample to the sensor or sensors is usually done with microchannels created by standard MEMS fabrication techniques. Many current designs then utilize conventional machining techniques to create the inlet and outlet for the sample. This work proposes a rapid prototyping method for creating the microchannel and inlet / outlet in simplified steps. The packages developed from this process proved to be an effective solution for many applications.
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Photophysical And Photochemical Factors Affecting Multi-photon Direct Laser Writing Using The Cross-linkable Epoxide Su-8Williams, Henry 01 January 2013 (has links)
For the past decade, the epoxy based photoresist SU-8 has been used commercially and in the lab for fabricating micro- and nano-structures. Investigators have studied how processing parameters such as pre- and post-exposure bake temperatures affect the resolution and quality of SU-8 structures patterned using ultraviolet or x-ray lithography. Despite the advances in understanding the phenomena, not all of them have been explored, especially those that are specific to multi-photon direct laser writing (mpDLW). Unlike conventional exposure techniques, mpDLW is an inherently three-dimensional (3D) process that is activated by nonlinear absorption of light. This dissertation reports how several key processing parameters affect mpDLW using SU-8 including pre-exposure bake duration, focal depth, incident laser power, focal-point scan speed, and excitation wavelength. An examination of solvent content of films at various stages in the mpDLW by 1H-NMR shows that even moderate solvent content (over 1 wt-%) affects film viscosity and photoacid diffusion lengths, and can greatly affect the overall fidelity of small features. A study of micro-fabricated feature size versus writing depth in the material shows that even slight refractive index mismatch between SU-8 and the medium between it and the focusing objective introduces spherical aberration that distorts the focus, causing feature size to decrease or even increase in size with writing depth, depending on the average exposure power used. Proper adjustment of the average exposure power was demonstrated as a means to fabricate more uniform features with writing depth. Third, when varying the power and scan speed, it was observed that the feature-size scales with these two parameters in a manner that is consistent with a three-photon absorption mechanism at an excitation wavelength of 800 nm. When an iii excitation wavelength of 725 nm is used, the feature-size scaling becomes consistent with that of two photon absorption. This shows that the photoinitiators in the SU-8 can be activated by either two- or three-photon absorption over this wavelength range. Using an irradiance of ~2 TW cm-2 and elongated femtosecond pulses resulted in an observed fourth order power dependence. This observation is in agreement with the literature and suggests that the effective absorptive nonlinearity is also sensitive to pulse duration. These findings will be useful for creating accurate models of the process of mpDLW in SU-8. These models could be used to optimize the processing parameters and develop new processing methods and materials for high-resolution fabrication of robust 3D microstructures. Some of the findings were used to develop a method for fabricating functional microlenses on the tip of optical fibers. This approach opens a new route to functional integrated photonic devices.
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DEVELOPMENT OF A MICRO LOOP HEAT PIPE, A NOVEL MEMS SYSTEM BASED ON THE CPS TECHNOLOGYSHUJA, AHMED 07 July 2003 (has links)
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Microfluidique diphasique accordable / Tunable diphasic microfluidicTarchichi, Nathalie 18 April 2013 (has links)
Depuis ces dernières années, il y a eu augmentation de l’effort pour le développement des systèmes microfluidiques dédiésà la dispersion d’une phase fluide dans une autre phase fluide immiscible. Les gouttelettes ou les bulles résultantes ont de nombreuses applications dans des diverses domaines (photonique, chimique, biologique...). Pour la plupart de ces applications, il est primordial de contrôler la taille et la forme de ces gouttelettes/bulles, paramètres qui influencent directement le comportement ou la réponse du système. Notre but consiste ainsi à générer des gouttelettes de taille unique (mono-dispersées) et contrôlable pour produire des structures accordables. Nous analysons aussi leurs mécanismes de formation et étudions les paramètres qui influent sur leur taille et leur forme. Dans le présent travail, la génération de gouttelettes est réalisée en utilisant une intersection entre deux microcanaux (jonction en T) où leur taille est directement liée à la géométrie. Dans cette configuration, il existe trois régimes connus de génération de gouttelettes qui sont les régimes de dripping, squeezing et jetting. Nous nous sommes particulièrement intéressés à l’étude du régime dripping car il assure la génération de gouttelettes ayant une taille plus petite que celle obtenue avec les autres régimes. Les expériences et les études théoriques ont montré que le diamètre des gouttelettes diminue quand la largeur des canaux diminue, quand la vitesse de la phase continue augmente et quand la vitesse de la phase dispersée diminue. De plus, nous avons pu mettre en évidence un nouveau régime de génération de gouttelettes pour lequel les gouttelettes générées ont un diamètre constant, indépendamment des vitesses des phases continue et dispersée, et qui ne dépend que de la géométrie des canaux. Nous avons appelé ce nouveau régime le régime “balloon”. Nous avons enfin montré l’intérêt de l’accordabilité des systèmes microfluidiques en optique et en acoustique. Ainsi, nous avons montré que la période du réseau de diffraction optique est facilement modifiable en contrôlant les paramètres de génération de bulles. De même, nous avons pu voir que la réponse acoustique est liée `a la résonance des bulles dans le milieu liquide. Cette réponse est une fonction du diamètre des bulles générées. Enfin, nous proposons l’utilisation du système microfluidique en électronique pour produire des capacités variables, ouvrant la voie à des nouvelles fonctionnalités pour la microfluidique diphasique. / Since the past few years, there has been an increasing effort in developing microfluidic devices for dispersing one fluid phase in another immiscible fluid phase. Micro fluidic bubbles or droplets have many applications in different fields such as photonics, chemistry, biology... For most of these applications, it is important to control the size and the shape of these droplets or bubbles, since they directly influence the response of the system. Our goal is to generate mono disperse and controllable droplets to produce tunable structures. We also analyze their formation mechanisms and study the parameters that affect their size and their shape. In the present work, we use T-junction geometry to generate droplets of uniform size. In this configuration, there are three known regimes of droplet generation: dripping, squeezing and jetting regimes. We are particularly interested in the study of the dripping regime since it ensures the generation of droplets of smaller size compared to the other regimes. The experimental and the theoretical studies have shown that the droplets diameter decreases when the channels width decreases, when the continuous phase velocity increases and when the dispersed phase velocity decreases. In addition, we have shown evidence of a new regime of droplet generation in which the droplet diameter is constant, independent of the continuous and dispersed phases velocities and only related to the geometry of the T-junction channels. We named this new regime the balloon regime. We finally demonstrated the usefulness of the tunability of microfluidic systems in optics and acoustics. Actually, we show that the diffraction grating period can be easily changed by controlling the parameters of bubble generation. We show also that the acoustic response is related to the bubbles resonance in the liquid medium. This response is a function of the bubbles diameter. Finally, we propose the use of the microfluidic system in electronics, for realizing varying capacitors, where the diphasic microfluidic opens the way to new functionalities
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Fabrication et caractérisation de micro-transformateurs planaires à couches magnétiques / Fabrication and characterization of magnetic planar micro transformerKahlouche, Faouzi 10 June 2014 (has links)
Dans l’aéronautique et plus précisément dans les avions tout électrique, l’objectif visé est de réduire les masses et volumes des composants. Pour cela, les actionneurs électriques remplacent progressivement les actionneurs hydrauliques et mécaniques. Ces actionneurs électriques ont besoin d’être commandés ; le projet THOR (projet européen dans lequel s’inscrit cette thèse) vise entre autres à développer un étage de commande permettant de piloter des interrupteurs de puissance. Les interrupteurs étant situés à proximité directe de l’étage driver et les tensions de sorties pouvant atteindre 3 kV, une isolation galvanique est obligatoire. Anciennement, les optocoupleurs étaient utilisés pour assurer l’isolation galvanique dans les étages de commande. Cependant, afin de pouvoir utiliser ces composants dans un environnement thermique contraignant et assurer une meilleure intégration, les opto-coupleurs ne sont plus adaptés et sont remplacés par des transformateurs. Dans ce contexte, s’inscrivent les travaux de cette thèse où l’objectif principal est de développer, réaliser et caractériser des transformateurs planaires intégrables répondant au cahier des charges THOR. Dans un premier temps, un état de l’art sur les différentes technologies de fabrication de transformateurs planaires est établi avant de choisir la technologie et les matériaux utilisés dans ces composants. Dans un deuxième temps, on s’intéresse au choix et au dimensionnement du transformateur. Deux structures répondant au cahier des charges THOR ont été retenues et dimensionnées à l’aide d’un logiciel de simulation (HFSS) : une structure entrelacée et une structure ‘face to face’. Ces deux structures ont été réalisées et caractérisées à l’aide d’un LCRmètre en basse fréquence et d’un Analyseur Vectoriel de Réseaux (VNA) en haute fréquence. Pour les deux structures, la caractérisation a permis de vérifier les valeurs des inductances magnétisantes supérieures à 1 μH souhaitées par le projet THOR et des facteurs de couplages supérieurs à 0,9 déterminées par simulation. D’autres paramètres importants du cahier des charges ont été également extraits à savoir la capacité interbobinage où des capacités inférieures à quelques pF ont été obtenues et des résistances d’enroulement inférieures à 10 Ω ont été relevées / In aeronautics and more specifically in an all-electric aircraft, the main objective is to reduce the mass and volume of the components. For this, the electric actuators gradually replace hydraulic and mechanical actuators. These electric actuators need to be commanded; THOR project (European project supporting this thesis) aims to develop a control stage to command the power switches. The switches are located in the direct vicinity of the driver stage with an output voltage that can reach up to 3 kV hence the need for a galvanic isolation. Formerly, the opto-couplers were used to provide galvanic isolation in the control stages. However, in order to use these components in thermal constraining environment and ensure better integration, opto-couplers are no longer appropriate and are replaced by transformers. In this context, the main objective of this thesis is to develop, realize and characterize integrated planar transformers that meet the THOR specifications. At first a state of art on the different manufacturing technologies of planar transformers is established before choosing the technology and the materials used in the fabrication of our planar transformers. In a second step, we are interested in the choice and size of the transformer structure. Two structures that met the THOR specifications were selected and resized using a simulation software (HFSS). Finally, these two structures were realized and characterized using an RLC-meter at low frequency and a Vector Network Analyzer (VNA) at high frequency. For both structures, the characterization allowed to verified the magnetizing inductance greater than 1 μH desired by the THOR project and a coupling factor greater than 0,9 obtained par simulations. Other important parameters were also extracted namely the inter-winding capacity where less than few pF wasobtained and the windings resistance has been identified less than 10 Ω
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Development and Characterization of a new generation of retinal implants / Développement et Caractérisation d’une nouvelle génération d’implants rétiniensGonzalez Losada, Pedro 09 October 2018 (has links)
D’après les données de l’agence International de Prévention de la Cécité, 253 millions de personnes souffrent de pathologies visuelles dans le monde. Il existe des pathologies affectant les photorécepteurs de la rétine causant des millions de déficients visuels sans traitement efficace disponible. Les implants rétiniens ont déjà montré sa capacité pour stimuler de façon électrique les cellules rémanentes de la rétine grâce à un réseau de micro-électrodes de façon à obtenir une réponse neuronale puis une perception visuelle. Ces travaux de thèse en lien avec les implants rétiniens porteront sur deux aspects principaux concernant de nouvelles configurations de micro-électrodes et une analyse comparative des matériaux constitutifs des électrodes avec des tests en vieillissement long terme. Pour le premier aspect, de nouvelles géométries d’électrodes ont été développées en différentes phases : en commencent par une modélisation par éléments finis de la micro-électrode, suivi par la micro fabrication des prototypes et les expériences in-vivo. Pour l’étude du vieillissement des matériaux constitutifs des micro-électrodes, un banc de caractérisation a été développé pour reproduire les conditions de pH, T et stimulation électrique d’un implant réel. Le banc nous permet aussi d’étudier l’évolution de façon comparative des caractéristiques des différents matériaux grâce à la mesure de son impédance électrochimique / Regarding to data provided by the International Agency for Prevention of Blindness, 253 million people suffer some kind of visual impairment around the world. There is a group of diseases that affect the photoreceptors causing millions of impairment cases around the world that do not have an efficacious treatment. Retinal prostheses have proved to electrically stimulate the remaining cells of the retina by means of implantable microelectrode arrays to elicit their response and therefore visual perception. This PhD work tries to study two aspects of these devices: first, new electrode geometries that stimulate the cells in a more efficient manner; and second, the ageing of the different material used for the fabrication of the microelectrodes. For the first aspect new electrode geometries have been developed based on the state of the art. This development has been divided in different phases beginning with a FEM modeling of the electrode, followed by the microfabrication of the structures and their test in-vivo. In order to study the ageing of the microelectrode materials, a characterization bench that reproduces the conditions that an implant has to face during its implantation has been developed. This bench allows us to study in a comparative manner the evolution of the characteristics of the different materials thanks to the measurement of their electrochemical impedance
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Nanostructures de silicium par croissance chimique catalysée : une plate-forme pour des applications micro-supercondensateurs / Silicon nanostructures by catalyzed chemical growth : a platform for micro-supercapacitors applicationsGaboriau, Dorian 30 November 2016 (has links)
Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage électrochimique de l’énergie ayant été récemment mis au point et possédant des performances intermédiaires entre les condensateurs diélectriques et les batteries. Leurs intéressantes valeurs de densité d’énergie et de puissance, conjuguées à leur excellente durée de vie et à leur miniaturisation facilité rendent ces composants prometteurs pour des micro-dispositifs électroniques, tels des micro-capteurs autonomes ou des implants médicaux.Le silicium nanostructuré par CVD a prouvé être un remarquable matériau d’électrode de supercondensateur, pour des applications miniaturisées, lors de récents travaux. L’excellent contrôle de la morphologie et des propriétés électroniques permis par la synthèse montante de nano-fils et nano-arbres de silicium, ainsi que la grande stabilité électrochimique et thermique de ce matériau font des nanostructures de silicium obtenues par synthèse montante une excellente plate-forme pour des micro-supercondensateurs.La présente thèse s’attache à explorer plusieurs voies d’amélioration et d’utilisation des nano-fils et nano-arbres de silicium. Une étude systématique de l’optimisation des nanostructures a été conduite, permettant d’améliorer largement les performances précédemment établies. Ensuite, une fonctionnalisation par des couches minces d’alumines utilisant la technique d’ALD a permis d’accroitre largement la plage de tensions d’utilisation des supercondensateurs, et d’augmenter leur stabilité électrochimique. Enfin, la croissance « sur-puce », ainsi que l’étude de la stabilité en température des dispositifs ont été effectuées, laissant entrevoir d’importantes perspectives d’applications. / Supercapacitors are electrochemical energy storage devices which have been recently developed, and possess intermediate performances between dielectric capacitors and batteries. These components exhibit interesting power and energy densities, combined with an exceptional cycle life and an easy miniaturization. Supercapacitors are thus envisioned as energy storage solutions for electronic micro-devices, such as autonomous micro-sensors or implantable medical devices.In recent studies, CVD nanostructured silicon proved to be an excellent electrode material candidate for micro-supercapacitor applications. Bottom-up synthesis allows an exceptional control of the morphology and electrical properties of the obtained silicon nano-wires and nano-trees. Moreover, the nanostructured electrodes possess superior electrochemical and temperature stability. These arguments lead to consider silicon as an excellent platform for micro-supercapacitors applications.This PhD thesis details various ways to improve and use silicon nano-wires and nano-trees. The nanostructures have been subjected to a systematic optimization study, yielding a significant increase of the electrochemical performances of the electrodes, compared to previously published studies. In addition, surface functionalization using thin ALD alumina layers permitted a considerable increase of the supercapacitor voltage window and an improved electrochemical stability. Finally, “on-chip” nanostructure growth, and temperature stability studies of the device were conducted, opening a broad field of improvements and potential uses for these silicon nanostructures.
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Evaporation au sein de systèmes microfluidiques : des structures capillaires à gradient d'ouverture aux spirales phyllotaxiques / Evaporation in microfluidic systems : From radially evolving capillary structures to phyllotaxic spiralsChen, Chen 23 March 2016 (has links)
Les effets capillaires sont très courant dans la Nature. Dans le contexte du séchage de milieux poreux dont la taille de pore est dans la gamme micromètre-millimètre, ils jouent un effet dominant en contrôlant la répartition des phases (liquide-vapeur) dans l’espace poral, au fur et a` mesure que le séchage se produit. L’idée du présent travail est d’étudier le séchage d’un fluide pur et mouillant dans des micromodèles, c’est-à-dire des milieux poreux modèles quasi-2D et micro-fabriqués. Nous présentons des résultats obtenus pour différentes géométries. Typiquement, les micromodèles utilisés sont constitués de réseaux de cylindres pris en sandwich entre deux plaques. La distribution des phases et le taux d’évaporation dans de tels micromodèles peuvent être aisément mesurés par visualisation directe puis traitement d’images.En jouant sur l’arrangement spatial des cylindres, on obtient dans un premier temps des micromodèles pour lesquels le taux de séchage est quasi-constant, depuis le début de l’expérience de séchage jusqu’à l’évaporation totale du liquide saturant initialement le système. Typiquement, cette situation est obtenue quand la taille des pores décroît en allant du centre du micromodèle vers sa périphérie (les micromodèles sont axisymmétriques). Au contraire, quand la taille des pores croît du centre vers la périphérie, l’invasion d’un front de séchage stable est observée, d’ou` un temps de séchage total bien supérieur.Nous avons aussi réalisé un autre type de microsystèmes, au sein duquel les cylindres sont arrangés en spirale de Fibonacci, en nous inspirant de motifs observés en phillotaxie. Dans de tels systèmes, des films liquides épais se développent le long des spirales, au cours du séchage, et jouent un rôle crucial dans la cinétique d’évaporation. Cette situation rappelle celle déjà étudiée par Chauvet dans des tubes capillaires de section carrée. Cependant, elle est plus complexe, de par la nature poreuse du micromodèle (alors qu’un tube capillaire, tel qu’étudié par Chauvet, peut être vu comme un pore unique) et parce que les films liquides y ont une forme plus complexe. Pour de tels systèmes, nous présentons des résultats expérimentaux quantifiant l’effet des films liquides sur la cinétique de séchage, en lien avec des prédictions théoriques issues d’un modèle de séchage visco-capillaire. Un tel modèle nécessite l’utilisation du logiciel Surface Evolver pour modéliser la forme des films liquides, couplée avec des simulations directes de l’écoulement de Stokes dans les films liquides, pour y calculer la résistance visqueuse a` l’écoulement induit par l’évaporation.Enfin, dans un dernier chapitre, plusieurs expériences d’évaporation sont conduites sur des micromodèles déformables. Des effets élasto-capillaires peuvent en effet induire des changements de géométrie de l’espace poral en cours d’évaporation, ce qui, comme vu précédemment, peut affecter la distribution des phases et la cinétique de séchage. / Capillarity is a common phenomenon encountered in Nature. In the context of the drying of porous media with pore size in the micrometer-millimeter size range, capillary effects play a dominant role in controlling the phases (liquid or vapor) distribution in the pore space as drying occurs. The basic idea of the present work is to study the drying of pure, wetting fluids in micro-fabricated, quasi-2D, model porous media (hereafter called micromodels). We present results obtained for different micromodel geometries. Typically, the micromodels used consist of arrangements of cylinders sandwiched between a top and bottom plate. Phases distribution and evaporation rates in such micromodels can easily be measured by direct visualizations and subsequent image processing.By tuning the cylinders pattern, one can first obtain micromodels for which the drying rate is almost constant, from the beginning of the drying experiment to the total evaporation of the liquid initially filling the system. Typically, this situation is obtained when the pores size decreases from the micromodel center to the periphery (the micromodels are axisymmetric). On the contrary, when the pores size increases from the center to the periphery, invasion of a stable drying front is observed, resulting in a much longer total drying time.We also designed another type of micromodel where the cylinders are arranged in a Fibonacci spiral pattern, a design inspired by phyllotaxic structure. In such systems, thick liquid films develop along the spirals during drying and play a key role in the drying kinetics. This situation is reminiscent of that already studied by Chauvet in capillary tubes with square cross-sections. However, it is more complex because of the porous nature of the micromodel (whereas a single capillary tube, as studied by Chauvet, can be viewed as a unique pore), and because of the much more complex liquid films shapes. For such systems, we present some experimental results on the liquid films effects on the drying kinetics, together with theoretical prediction, based on a visco-capillary drying model. Such a modelling requires the use of the Surface Evolver software to model the film shape, coupled with DNS simulations of the Stokes flow within the liquid films to compute the viscous resistance to the evaporation-induced flow.Finally, as a last part of this thesis, several evaporation experiments performed on deformable micromodels are presented. This preliminary work aims at reaching a situation where elasto-capillary effects modify the pore space geometry during evaporation. This, as seen above, should in turn alter the phase distribution during evaporation and the drying kinetics.
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