Caractérisation tribologique de monocouches auto-assemblées grâce à un micro-tribomètre spécifique permettant d'appliquer de très faibles pressions de contact
Résumé
De nombreux substrats métalliques peuvent être fonctionnalisés par greffage chimique de monocouches auto-assemblées (SAM’s). Bien que l’épaisseur de ces dernières soit très faible (quelques nm), leur présence peut énormément transformer les propriétés tribologiques des substrats ainsi modifiés. L’étude des SAM’s continue à faire l’objet de nombreux travaux de recherche
académique ou appliquée dans le but de qualifier leur rôle de lubrifiant à l’échelle micrométrique. La structure d’une molécule capable de former une SAM est bien connue : une extrémité de la molécule comporte un groupe ancreur qui permet le greffage chimique sur le substrat (métal, oxyde métallique) ; l’autre extrémité de la molécule comporte une tête fonctionnelle dont le rôle est de conférer de nouvelles propriétés à la surface - tribologiques dans le cas présent. Entre les deux extrémités, le groupe espaceur joue un rôle primordial sur l’organisation des chaînes carbonées et donc sur leur organisation et/ou leur compacité.
Des simulations en dynamique moléculaire montrent qu’une structure ordonnée des chaînes alkyle entraîne une diminution notable des efforts de frottement ; une bonne organisation nécessite au minimum 8 à 10 groupes méthylène. L’objet de cet article est de conforter expérimentalement cette observation. Or, à notre connaissance, aucun tribomètre ne permet une sollicitation de l’extrême-surface sur une aire suffisamment étendue. L’utilisation par les chercheurs de pointes AFM pour localiser la sollicitation
en surface permet seulement l’activation simultanée d’un nombre restreint de chaines : l’aspect organisationnel des chaines entre elles ne peut donc être étudié. A une autre extrémité, les frotteurs de taille millimétrique entrainent des pressions de contact de plusieurs MPa, lesquelles conduisent rapidement une modification et/ou destruction rapide de la fonctionnalisation.