Surfaces functionalization by laser microstructuring

Fonctionnalisation de surfaces par microstructuration laser

Camille Hairaye (1)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie

This PhD thesis is about surface functionalization by laser microstructuring. The experimental study consists in texturing stainless steel surfaces with a pulsed Yb fibre laser source (1030 nm, 300 fs), in order to control their wettability and confer to them superhydrophobic properties. With an optimization of the irradiating conditions on the target, it is possible to confer to the surface a dual-scale roughness. By successive ablations according to a pattern of crossed lines, microstructures in the range of tens of micrometres are realized, on which self-organized nanostructures are superimposed. Simulation of the energy coupling in the material allows to determine the process parameters to be used, in order to limit the thermal accumulation and avoid the melting of the surface. This study reveals the role of the laser texturing in the apparition of the superhydrophobic character and emphasizes the influence of the physicochemical properties of the material.

Cette thèse porte sur la fonctionnalisation de surface par microstructuration laser. L’étude expérimentale a consisté à texturer des surfaces d’acier inoxydable avec une source laser impulsionnelle à fibre dopée Yb (1030 nm, 300 fs), dans le but de contrôler leur mouillabilité et de les rendre superhydrophobes. Par une optimisation des conditions d’irradiation, il est possible de conférer à la surface une structuration à double échelle de rugosité. Des structures d’une dizaine de micromètres sont réalisées par ablations successives selon un motif de lignes croisées, sur lesquelles se forment des nanostructures auto-organisées. La simulation du couplage de l’énergie dans la cible a permis de déterminer les paramètres opératoires pour limiter l’accumulation thermique en surface. L’étude fait clairement apparaître le rôle de la texturation dans l’apparition du caractère superhydrophobe de la surface, tout en soulignant l’influence des propriétés physico-chimiques du matériau.

Mots clés: Femtosecond laser pulses; Surface texturing; Functionalization; Micro- and nanostructures; Dual-scale roughness; Successive ablations; Superhydrophobicity; Colour marking; Wettability; Metallic alloys

Mots clés: Impulsions laser femtoseconde; Texturation de surface; Fonctionnalisation; Micro- et nanostructures; Surface à double échelle de rugosité; Ablations successives; Alliages métalliques; Mouillabilité; Superhydrophobie; Marquage coloré

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Camille Hairaye. Fonctionnalisation de surfaces par microstructuration laser. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Strasbourg, 2017. Français. ⟨NNT : 2017STRAD013⟩. ⟨tel-01665200⟩