CHAPITRE 1 - PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES DES SURFACES
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où y + et y- sont les contributions aux tensions superficielles ayant soit le caractère u acide de Lewis >> (accepteur d‘électron), soit le caractère << base de Lewis D
(donneur
En utilisant trois liquides a u moins pour lesquels on connaît les valeurs des
diverses contributions aux énergies de surface, on peut trouver les valeurs de y
pour le solide. On reviendra dans la section 5.2 du chapitre 7 sur l’utilisation de
ces méthodes de mesure d’angles de contact pour étudier les modifications de
surface de polymères.
3.2. Interfaces solide-solide
Lorsqu’on fait de la croissance cristalline à partir de la phase vapeur en déposant des atomes (adsorbat) sur u n solide (substrat), on crée en général une interface solide-solide. À l’équilibre thermodynamique, on connaît trois modes de
croissance qui sont liés au plus ou moins bon mouillage de l’adsorbat sur le substrat. Ce mouillage dépendra à la fois des potentiels chimiques des espèces en
présence et de leur tension superficielle. On définit l’énergie d’étalement de la
énième couche par W,, qui prend en compte ces deux facteurs. L a figure 1.15
montre ces trois modes de croissance qui sont :
le mode Frank-Van der Merwe qui correspond à u n mouillage complet et qui
est u n mode de croissance << couche par couche ». Pour que ce mode se réalise
il faut que tous les W,, soient négatifs et que Wn+, soit toujours inférieur à W,,.
Une condition équivalente est que Ap soit négatif quel que soit le nombre
d‘atomes déposés. On peut citer l’exemple de Co/Cu (100) et de Au/Pt (001) ;
le mode Stranski-Krastanov qui correspond à u n mouillage moins bon pour
lequel une ou deux couches se déposent de manière homogène sur le substrat alors que les suivantes forment des îlots. Tous les W,, sont négatifs mais
à u n moment W,,+i devient plus grand que W,, (Ap augmente). C’est le mode de
croissance de Co/Cr (1 10) et de Ag/Si (1 11) ;
le mode Volmer-Weber où la formation d‘îlots commence dès le dépôt des premiers atomes. Lorsque les tensions superficielles du substrat et de l’adsorbat
sont très différentes, on aura u n mode Volmer-Weber. Ce sera le cas quand,
par exemple, on dépose un métal sur une céramique ou un polymère. En
revanche, si les tensions superficielles sont du même ordre, il sera difficile de
prévoir le mode de croissance, les différences d’énergie entre le mode FrankVan der Menve et le mode Stranski-Krastanov étant très faibles et les conditions d’équilibre rarement atteintes.
On connaît évidemment des modes de croissance hors d’équilibre : le mode de
croissance par couches simultanées où la énième couche commence à croître
avant la complétion de la couche ( n - 1), les modes de croissance avec interdiffusion de l’adsorbat et du substrat ou avec formation d’alliages d’interface,
(17) Darque-Ceretti E., L‘Adhésion : les concepts et les causes, Rev. Métail. Cah. inf. Tech.
(1997) 617-633.
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où y + et y- sont les contributions aux tensions superficielles ayant soit le caractère u acide de Lewis >> (accepteur d‘électron), soit le caractère << base de Lewis D
(donneur
En utilisant trois liquides a u moins pour lesquels on connaît les valeurs des
diverses contributions aux énergies de surface, on peut trouver les valeurs de y
pour le solide. On reviendra dans la section 5.2 du chapitre 7 sur l’utilisation de
ces méthodes de mesure d’angles de contact pour étudier les modifications de
surface de polymères.
3.2. Interfaces solide-solide
Lorsqu’on fait de la croissance cristalline à partir de la phase vapeur en déposant des atomes (adsorbat) sur u n solide (substrat), on crée en général une interface solide-solide. À l’équilibre thermodynamique, on connaît trois modes de
croissance qui sont liés au plus ou moins bon mouillage de l’adsorbat sur le substrat. Ce mouillage dépendra à la fois des potentiels chimiques des espèces en
présence et de leur tension superficielle. On définit l’énergie d’étalement de la
énième couche par W,, qui prend en compte ces deux facteurs. L a figure 1.15
montre ces trois modes de croissance qui sont :
le mode Frank-Van der Merwe qui correspond à u n mouillage complet et qui
est u n mode de croissance << couche par couche ». Pour que ce mode se réalise
il faut que tous les W,, soient négatifs et que Wn+, soit toujours inférieur à W,,.
Une condition équivalente est que Ap soit négatif quel que soit le nombre
d‘atomes déposés. On peut citer l’exemple de Co/Cu (100) et de Au/Pt (001) ;
le mode Stranski-Krastanov qui correspond à u n mouillage moins bon pour
lequel une ou deux couches se déposent de manière homogène sur le substrat alors que les suivantes forment des îlots. Tous les W,, sont négatifs mais
à u n moment W,,+i devient plus grand que W,, (Ap augmente). C’est le mode de
croissance de Co/Cr (1 10) et de Ag/Si (1 11) ;
le mode Volmer-Weber où la formation d‘îlots commence dès le dépôt des premiers atomes. Lorsque les tensions superficielles du substrat et de l’adsorbat
sont très différentes, on aura u n mode Volmer-Weber. Ce sera le cas quand,
par exemple, on dépose un métal sur une céramique ou un polymère. En
revanche, si les tensions superficielles sont du même ordre, il sera difficile de
prévoir le mode de croissance, les différences d’énergie entre le mode FrankVan der Menve et le mode Stranski-Krastanov étant très faibles et les conditions d’équilibre rarement atteintes.
On connaît évidemment des modes de croissance hors d’équilibre : le mode de
croissance par couches simultanées où la énième couche commence à croître
avant la complétion de la couche ( n - 1), les modes de croissance avec interdiffusion de l’adsorbat et du substrat ou avec formation d’alliages d’interface,
(17) Darque-Ceretti E., L‘Adhésion : les concepts et les causes, Rev. Métail. Cah. inf. Tech.
(1997) 617-633.