DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention se rapporte au domaine des installations et des procédés pour la formation
d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, le film compact
obtenu étant généralement destiné à être déposé sur un substrat, de préférence en
défilement.
[0002] Plus précisément, l'invention concerne la formation d'un film compact de particules,
également dit film de particules ordonnées, de préférence du type monocouche et dont
la taille des particules peut être comprise entre quelques nanomètres et plusieurs
centaines de micromètres. Les particules, de préférence de forme sphérique, peuvent
par exemple être des particules de silice.
[0003] L'invention se rapporte à la formation de films compacts simples, ou bien à la formation
de films compacts structurés, cette structuration visant à mettre le film en forme
afin par exemple d'y intégrer d'autres particules, et/ou des objets. Une autre possibilité
consiste à prévoir des zones évidées de particules, entourées par le film qui reste
ordonné. Dans le cas de l'intégration d'objets dans le film, il s'agit en particulier
de fabriquer des dispositifs à caractère hybride, comme par exemple des capteurs.
A titre indicatif, un dispositif hybride associe par définition sur un même substrat
des objets ayant diverses fonctions, par exemple électroniques, optiques, électro-optiques,
piézo-électriques, thermoélectriques, mécaniques, etc.
[0004] Les objets à intégrer au film de particules sont par exemple :
- des composants électroniques actifs, tels que des transistors, microprocesseurs, circuits
intégrés, etc. ;
- des composants passifs de l'électronique, comme des résistances, capacités, diodes,
photodiodes, bobines, pistes conductrices, préformes de soudure, etc. ;
- des composants optiques, tels que des lentilles, microlentilles, réseaux de diffraction,
filtres, etc. ;
- des piles, micro-piles, micro-batteries, photo-détecteurs, cellules solaires, système
RFID, etc. ;
- des particules ou agrégats nano ou micrométriques, actifs ou passifs, par exemple
du type oxydes, polymères, métaux, semi-conducteurs, Janus (particules ayant deux
faces de natures ou propriétés différentes), nanotubes, etc.
[0005] Plus généralement, l'invention présente des applications dans de nombreux domaines
comme les piles à combustible, l'optique, la photonique, le revêtement de polymère,
les puces, les MEMs, l'électronique organique et photovoltaïque, les échangeurs de
chaleur, les capteurs, la tribologie, etc.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[0006] De nombreuses techniques sont connues pour la formation et le dépôt de films compacts
de particules sur un substrat, ce dernier étant ou non en défilement, et de nature
souple ou rigide.
[0007] De manière générale, il est prévu une zone d'accumulation et de transfert alimentée
en particules, qui flottent sur un liquide porteur contenu dans cette même zone. Les
particules ordonnées dans la zone de transfert, formant une monocouche de particules
dite film de faible épaisseur, sont poussées par l'arrivée d'autres particules ainsi
que par la circulation du liquide porteur, vers une sortie de cette zone par laquelle
elles atteignent le substrat. Elles se déposent ensuite sur le substrat en défilement.
Pour ce faire, un pont capillaire assure habituellement la liaison entre le substrat
et le liquide porteur contenu dans la zone d'accumulation et de transfert.
[0008] En régime normal de fonctionnement de l'installation, dans la zone d'accumulation
et de transfert, les particules sont maintenues ordonnées grâce notamment à la pression
exercée en amont par les particules en déplacement destinées à rejoindre ultérieurement
cette zone de transfert. La cohésion de l'ordonnancement des particules est en outre
assurée par des forces faibles de type capillaire ou électrostatique. Lorsque la zone
de transfert de particules est reliée vers l'amont à une rampe inclinée sur laquelle
défilent les particules issues d'un dispositif de dispense, ce sont ces mêmes particules
présentes sur la rampe inclinée qui exercent une pression sur les particules contenues
dans la zone de transfert, et qui permettent donc, en coopération avec les forces
capillaires de proximité, de conserver l'ordonnancement des particules dans cette
zone, jusqu'au dépôt sur le substrat, par capillarité ou contact direct.
[0009] A cet égard, il est noté que la technique d'ordonnancement des particules par compression
est notamment connue du document
Lucio Isa et al., "Particle Lithography from Colloidal Self-Assembly at Liquid_Liquid
Interfaces", acsnano, VOL. 4 ▪ NO. 10 ▪ 5665-5670 ▪ 2010, du document
Markus Retsch, « Fabrication of Large-Area, Transferable Colloidal Monolayers Utilizing
Self-Assembly at the Air/Water Interface", Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 230-241, ou encore du document
Maria Bardosova, « The Langmuir-Blodgett Approach to Making Colloidal Photonic Crystals
from Silica Spheres", Adv. Mater. 2010, 22, 3104-3124. La technique par compression à l'aide d'une rampe inclinée est quant à elle décrite
plus précisément dans le document
CA 2 695 449. Avec cette technique particulière, c'est l'énergie cinétique associée aux particules
en mouvement sur la rampe qui permet à celles-ci de s'ordonner automatiquement sur
cette même rampe, lorsqu'elles impactent le front de particules, lui aussi situé sur
la rampe inclinée. L'ordonnancement est donc établi sur la rampe, puis conservé lorsque
les particules ordonnées pénètrent dans la zone de transfert, grâce à l'alimentation
en continu des particules venant impacter le front.
[0010] L'énergie cinétique nécessaire à l'auto-ordonnancement des particules est ici amenée
par la rampe inclinée transportant le liquide porteur et les particules. A cet égard,
il est noté que les particules sont généralement en solution dans le dispositif de
dispense. Ce dernier est agencé pour délivrer les particules à la surface du liquide
porteur, au niveau d'une zone formant réservoir placée en amont de la rampe inclinée
et communiquant avec l'entrée de celle-ci.
[0011] En fonction de la composition de la solution et de celle du liquide porteur, ceux-ci
peuvent être non miscibles ou très peu miscibles, et leurs tensions de surface respectives
peuvent également différer. C'est notamment le cas lorsque la solution contient un
ou plusieurs solvants du type chloroforme ou n-butanol, dont les tensions de surface
respectives sont de 26,67 et 24,93 mN/m à 25°C, et que le liquide porteur est de l'eau
déionisée avec une tension de surface de l'ordre de 72 mN/m à la même température.
[0012] Dans ce cas, lorsque la solution contenant les particules est dispensée à la surface
du liquide porteur présent dans la zone formant réservoir, il survient alors des gradients
de tension interfaciale induisant des instabilités hydrodynamiques dont les conséquences
sont de fortes variations de l'épaisseur du liquide. Les mouvements de convection
observés dans ces conditions sont connus sous le nom d'instabilités de Marangoni.
Ces effets néfastes sont d'ailleurs accentués lorsque la zone formant réservoir est
équipée d'un déflecteur de particules agencé en travers de cette zone, et dont la
fonction est d'assurer un étalement transversal des particules en sortie de la zone
formant réservoir.
[0013] Ce phénomène d'instabilités de Marangoni, non linéaire, peut être à l'origine d'un
démouillage de la rampe inclinée. En effet, en particulier lorsque le débit d'injection
de la solution contenant les particules dépasse un certain seuil, des zones sèches
peuvent apparaitre sur la rampe inclinée, pourtant censée être mouillée entièrement
par le mélange de liquide porteur et de la solution. Ces zones sèches, directement
provoquées par les instabilités hydrodynamiques observées en amont dans la zone formant
réservoir, perturbent donc de façon durable l'écoulement laminaire du liquide porteur
sur la rampe inclinée. En conséquence, l'organisation des particules dans la zone
d'accumulation et de transfert peut être profondément altérée.
[0014] Ce phénomène est d'autant plus accentué que le débit de particules en solution est
élevé. Ce constat est problématique car l'augmentation du débit de particules permet
l'accélération de la vitesse de tirage du substrat, et donc une hausse de rendement.
Aussi, il existe un besoin d'optimisation des installations et des procédés décrits
ci-dessus, en particulier pour le dépôt à vitesses élevées de films compacts sur substrats
en défilement.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0015] L'invention a donc pour but de répondre au moins partiellement au besoin identifié
ci-dessus. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet une installation pour
la formation d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, l'installation
comportant :
- une zone formant réservoir de liquide porteur ;
- une rampe inclinée située dans le prolongement de la zone formant réservoir et sur
laquelle les particules sont destinées à circuler par gravité ;
- une zone d'accumulation et de transfert de particules située dans le prolongement
de la rampe inclinée ;
- des moyens de mise en mouvement du liquide porteur destinés à le faire circuler de
la zone formant réservoir à la zone d'accumulation et de transfert de particules,
en passant par la rampe inclinée ;
- des moyens de dispense des particules en solution, configurés pour dispenser lesdites
particules à la surface du liquide porteur dans la zone formant réservoir ; et
- une structure pour la déflection des particules, traversant la surface du liquide
porteur dans la zone formant réservoir, ladite structure étant agencée en aval desdits
moyens de dispense des particules selon une direction principale d'écoulement du liquide
porteur de la zone formant réservoir à la zone d'accumulation et de transfert de particules,
en passant par la rampe inclinée, ladite structure étant configurée pour favoriser,
selon une direction transversale de l'installation parallèle à la surface du liquide
porteur et orthogonale à une direction principale d'écoulement, un étalement des particules
en sortie de la zone formant réservoir.
[0016] Selon l'invention, ladite structure pour la déflection des particules est perméable
au liquide porteur. Aussi, la structure spécifique à l'invention permet de diviser,
répartir et ralentir la progression des perturbations de Marangoni.
[0017] Cela permet avantageusement d'augmenter le débit de particules et d'accélérer la
vitesse de tirage du substrat, tout en limitant les risques de défaut d'ordonnancement
de particules au sein de la zone d'accumulation et de transfert. En d'autres termes,
l'installation selon l'invention permet de supprimer/limiter les risques de zones
sèches sur la rampe inclinée, tout en fonctionnant avec des rendements élevés.
[0018] L'invention comporte au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes,
prises isolément ou en combinaison.
[0019] Ladite structure pour la déflection des particules présente, en alternance, le long
de celle-ci entre une première extrémité et une seconde extrémité opposée dans ladite
direction transversale, des obstacles et des espaces permettant le passage du liquide
porteur.
[0020] Lesdits obstacles sont des tiges, par exemple des tiges de vis vissées sur une plaque
de support. Les obstacles pourraient néanmoins présenter toute autre forme générale,
sans sortir du cadre de l'invention. Il pourrait par exemple s'agir d'une forme générale
conique, pyramidale ou tubulaire.
[0021] Lesdits obstacles sont implantés avec un pas d'environ 1 à 10 mm, de préférence 5
mm, et la structure pour la déflection des particules est réalisée de façon à présenter,
à la surface du liquide porteur, un taux d'ouverture de l'ordre de 0,05 à 0,9, de
préférence proche de 0,5.
[0022] Les obstacles sont réalisés en matériau hydrophobe, superhydrophobe ou hydrophile,
par exemple en matériau métallique.
[0023] Les obstacles présentent une largeur comprise entre 1 et 9,5 mm.
[0024] La structure pour la déflection des particules s'étend tout le long du liquide porteur,
selon ladite direction transversale de l'installation.
[0025] La structure pour la déflection des particules dispose d'une forme générale définissant
au moins une partie convexe vue depuis une sortie de ladite zone formant réservoir.
C'est de préférence à proximité de cette partie convexe que sont agencés les moyens
de dispense de particules à la surface du liquide porteur.
[0026] La structure pour la déflection des particules dispose d'une forme générale parabolique,
circulaire, en V ou sinusoïdale.
[0027] La zone formant réservoir comporte, en aval de la structure pour la déflection des
particules, au moins un compartiment délimité par une paroi perméable au liquide porteur
dont la surface est traversée par cette même paroi. Cela permet de freiner la propagation
des instabilités hydrodynamiques.
[0028] Ladite paroi est réalisée par l'alternance d'obstacles et d'espaces permettant le
passage du liquide porteur. Cette réalisation est donc sensiblement identique à celle
de la structure pour la déflection des particules. Aussi, toutes les caractéristiques
optionnelles décrites en relation avec cette structure sont également applicables
aux parois des compartiments. Néanmoins, il est noté que les particules flottant à
la surface du liquide porteur sont destinées à traverser ces parois pour pénétrer
temporairement à l'intérieur des compartiments, alors qu'elles ne sont pas destinées
à traverser la structure de déflection en aval de laquelle ces particules sont dispensées.
[0029] Chaque compartiment présente, à la surface du liquide porteur, une superficie comprise
entre 0,5 et plusieurs centaines de cm
2, par exemple 1000 cm
2, et plus préférentiellement entre 2 et 500 cm
2.
[0030] L'installation comporte un substrat pour le dépôt du film compact de particules,
ledit substrat étant en regard d'une sortie de particules de ladite zone d'accumulation
et de transfert. Elle est configurée pour assurer un dépôt du film compact de particules
sur un substrat en défilement, ledit substrat étant souple ou rigide.
[0031] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci comporte en outre, agencés au niveau
d'une jonction entre la zone formant réservoir et la rampe inclinée, des moyens d'élévation
du niveau de liquide porteur par effet capillaire. En d'autres termes, l'invention
prévoit des moyens permettant de surélever localement le niveau de liquide porteur
juste avant son entrée sur la rampe inclinée, et ce par effet capillaire compensant
le poids de ce liquide porteur. Cette technique permet d'atténuer le phénomène de
variation de l'épaisseur du liquide, résultant des gradients de tension interfaciale
entre le liquide porteur et la solution comportant les particules. En atténuant les
conséquences de ces instabilités hydrodynamiques à l'entrée de la rampe inclinée,
les risques de démouillage de celle-ci sont largement réduits. En d'autres termes,
le but des moyens d'élévation est d'augmenter le niveau du liquide porteur et donc
éloigner les instabilités du fond, et modifier ainsi les lignes de flux du liquide
porteur afin de favoriser l'étalement dans la largeur.
[0032] Cela permet avantageusement d'augmenter encore le débit de particules et d'accélérer
la vitesse de tirage du substrat, tout en limitant les risques de défaut d'ordonnancement
de particules au sein de la zone d'accumulation et de transfert. En d'autres termes,
cela permet de supprimer/limiter les zones sèches sur la rampe inclinée, tout en fonctionnant
avec des rendements élevés.
[0033] L'invention comporte également au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes,
prises isolément ou en combinaison.
[0034] Lesdits moyens d'élévation du niveau de liquide porteur par effet capillaire sont
constitués d'une barrière de plots espacés les uns des autres.
[0035] Ces moyens d'élévation peuvent être complétés par une seconde barrière de plot décalée
par rapport à la première, selon la direction principale d'écoulement du liquide.
[0036] Les moyens d'élévation peuvent être positionnés par suspension à une pièce, elle-même
émergée du flux, via un peigne par exemple. Aussi, les plots ne touchent pas forcément
le fond de la zone formant réservoir.
[0037] Lesdits plots sont implantés avec un pas d'environ 2 à 4 mm. Ils sont de forme générale
conique, pyramidale ou tubulaire. D'autres formes peuvent néanmoins être envisagées,
notamment une forme cylindrique, avec la section pouvant être carrée, triangulaire,
polygonale ou encore une section variable sur la hauteur du plot.
[0038] Les plots sont réalisés en matériau hydrophobe, par exemple en silicone.
[0039] Les plots présentent un rapport entre leur hauteur et leur largeur maximale compris
entre 1 et 30.
[0040] Les plots présentent une base de largeur d'environ 2 mm et une hauteur comprise entre
2 et 3 mm.
[0041] Lesdits moyens d'élévation du niveau de liquide porteur par effet capillaire s'étendent
tout le long du liquide porteur, selon la direction transversale de l'installation
parallèle à la surface du liquide porteur et orthogonale à la direction principale
d'écoulement du liquide porteur de la zone formant réservoir à la zone d'accumulation
et de transfert de particules, en passant par la rampe inclinée.
[0042] L'installation comporte un substrat pour le dépôt du film compact de particules,
ledit substrat étant en regard d'une sortie de particules de ladite zone d'accumulation
et de transfert.
[0043] L'installation est configurée pour assurer un dépôt du film compact de particules
sur un substrat en défilement, ledit substrat étant souple ou rigide.
[0044] L'invention se rapporte également à un procédé de formation d'un film compact de
particules à la surface d'un liquide porteur, à l'aide d'une l'installation telle
que décrite ci-dessus, le procédé comprenant une étape de mise en mouvement du liquide
porteur de manière à le faire circuler de la zone formant réservoir à la zone d'accumulation
et de transfert de particules, en passant par la rampe inclinée, ainsi qu'une étape
de dispense des particules en solution à la surface du liquide porteur en mouvement,
dans la zone formant réservoir, ladite étape de mise en mouvement du liquide porteur
étant réalisée de manière à faire circuler le liquide porteur à travers ladite structure
perméable pour la déflection des particules, agencée en amont desdits moyens de dispense
de ces mêmes particules.
[0045] De préférence, le procédé est mis en oeuvre pour la formation d'un film compact de
particules ayant une grande dimension comprise entre 1 nm et 500 µm. à titre d'exemples
illustratifs, les particules/colloïdes employées peuvent être du type particules d'oxydes
(SiO2, ZnO, Al2O3, etc.), polymères (latex, PMMA, polystyrène, etc.) ou métalliques
(Au, Cu, alliages, etc.). Même si la gamme de dimension des particules est préférentiellement
comprise entre 1 nm et 500 µm, il est également possible d'utiliser des fibres de
verre, par exemple de diamètre de 10 µm, et de longueurs allant de 10 à 4000 µm, pourvu
qu'elle soit inférieure à la distance séparant deux plots. D'autres particules du
type silicium ou feuillets de graphène sont également envisageables, sans sortir du
cadre de l'invention.
[0046] De préférence, le liquide porteur est de l'eau déionisée, et lesdites particules
se trouvent en solution dans un solvant ayant une tension de surface inférieure à
celle de l'eau déionisée, ledit solvant étant de préférence du n-butanol, méthanol,
chloroforme, ou un mélange d'au moins deux d'entre eux.
[0047] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description
détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0048] Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 montre une installation selon un mode de réalisation préféré de la présente
invention, en coupe schématique prise le long de la ligne I-I de la figure 2 ;
- la figure 2 représente une vue schématique de dessus de l'installation montrée sur
la figure 1 ;
- la figure 3 représente une vue en perspective d'un exemple de réalisation de la structure
pour la déflection des particules, équipant l'installation montrée sur les figures
précédentes ;
- la figure 4 montre une vue de face agrandie d'une partie de la structure représentée
sur la figure précédente ;
- la figure 5 montre une vue schématique de face d'un autre exemple de réalisation de
la structure pour la déflection des particules, équipant l'installation montrée sur
les figures 1 et 2 ;
- la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3, avec la zone formant réservoir
réalisée de façon multi-compartimentée ;
- la figure 7 est une vue de dessus de celle montrée sur la figure 6 ;
- la figure 8 est une vue agrandie de côté montrant la barrière de plots espacés équipant
l'installation montrée sur les figures 1 et 2 ;
- la figure 9 est une vue de face de celle montrée sur la figure 8 ; et
- les figures 10a à 11b représentent schématiquement différentes étapes d'un procédé
de formation et de dépôt d'un film compact de particules selon un mode de réalisation
préféré de l'invention, mis en oeuvre à l'aide de l'installation montrée sur les figures
précédentes.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
[0049] En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, il est représenté une installation
1 pour la formation d'un film compact de particules et son transfert sur un substrat,
de préférence en défilement.
[0050] L'installation 1 comporte des moyens 2 de dispense des particules 4 en solution.
Ces particules ont une taille qui peut être comprise entre quelques nanomètres et
plusieurs centaines de micromètres. Les particules, de préférence de forme sphérique,
peuvent par exemple être des particules de silice. D'autres particules d'intérêt peuvent
être faites de métal ou d'oxyde de métal comme le Platine, le TiO2, de polymère comme
le polystyrène ou le PMMA, de carbone, etc.
[0051] Plus précisément, dans le mode de réalisation préféré, les particules sont des sphères
de silice de diamètre compris entre 1 nm et 500 µm, et encore plus préférentiellement
de l'ordre de 1 µm. Ces particules 4 sont stockées en solution dans les moyens 2.
La proportion du milieu est d'environ 7 g de particules pour 200 ml de solution, ici
du type butanol ou chloroforme. Naturellement, pour des raisons de clarté, les particules
4 ont été représentées avec un diamètre supérieur à leur diamètre réel.
[0052] Les moyens de dispense 2 présentent une buse d'injection commandable, d'environ 500
µm de diamètre.
[0053] L'installation comporte également un convoyeur liquide 10, recevant un liquide porteur
16 sur lequel les particules 4 sont destinées à flotter. Le convoyeur 10 intègre une
zone formant réservoir 11, une rampe inclinée 12 de circulation des particules, et
une zone 14 d'accumulation et de transfert des particules. La rampe 12 se situe dans
le prolongement du réservoir 11, c'est-à-dire que son entrée est sensiblement confondue
avec la sortie du réservoir. La zone d'accumulation et de transfert 14 se situe quant
à elle dans le prolongement de la rampe inclinée, c'est-à-dire que son entrée est
sensiblement confondue avec la sortie de la rampe, sur laquelle les particules sont
destinées à circuler par gravité. Aussi, la rampe inclinée 12 établit une rupture
de niveau entre le réservoir 11 et la zone d'accumulation et de transfert 14. Cette
dernière présente un fond sensiblement horizontal, ou bien une légère inclinaison
de façon à favoriser la vidange de l'installation, le cas échéant.
[0054] L'extrémité haute de la rampe inclinée 12 est prévue pour recevoir les particules
du réservoir 11, préalablement injectées par les moyens de dispense 2. Cette rampe
est droite, inclinée d'un angle compris entre 5 et 60°, de préférence entre 10 et
30°, permettant aux particules d'être acheminées vers la zone 14. De plus, le liquide
porteur 16 circule sur cette rampe 12, jusque dans la zone d'accumulation et de transfert
14. Ce liquide 16 est d'ailleurs mis en mouvement par des moyens appropriés, par exemple
une pompe 18. Cette pompe de recirculation 18 assure ainsi une mise en mouvement du
liquide 16 de façon à le faire circuler du réservoir 11 à la zone d'accumulation et
de transfert 14, en passant par la rampe inclinée 12. Néanmoins, il peut alternativement
être envisagé de faire circuler un liquide neuf, via un circuit ouvert.
[0055] Le liquide porteur 16 est de préférence de l'eau déionisée, sur laquelle les particules
4 peuvent flotter. Il peut aussi s'agir d'une association de plusieurs liquides non-miscibles.
Pour rappel, les solvants du type chloroforme ou n-butanol présentent des tensions
de surface de l'ordre de 26,67 et 24,93 mN/m à 25°C, respectivement, tandis que l'eau
déionisée présente une tension de surface de l'ordre de 72 mN/m. Les gradients de
tension interfaciale résultant de ces différences de valeurs induisent des instabilités
hydrodynamiques, qui se traduisent par des mouvements de convection également connus
sous le nom d'instabilités de Marangoni. Les conséquences de ces mouvements de convection
sont atténuées par des moyens propres à l'invention, qui seront décrits ci-après.
[0056] De retour au convoyeur 10, il est noté que l'extrémité basse de la rampe 12 est raccordée
à une entrée de la zone d'accumulation et de transfert de particules 14. Cette entrée
22 se situe au niveau d'une ligne d'inflexion 24 matérialisant la jonction entre la
surface du liquide porteur présent sur le plan incliné de la rampe 12, et la surface
du liquide porteur présent sur la partie horizontale de la zone 14.
[0057] L'entrée de particules 22 est espacée d'une sortie de particules 26 à l'aide de deux
rebords latéraux 28 retenant le liquide porteur 16 dans la zone 14. Ces rebords 28,
en regard et à distance l'un de l'autre, s'étendent parallèlement à une direction
principale d'écoulement du liquide porteur et des particules dans l'installation,
cette direction étant schématisée par la flèche 30 sur les figures 1 et 2. Les rebords
28 s'étendent de préférence sur toute la longueur du convoyeur 10, du réservoir 11
à la zone 14. Ils sont espacés selon une direction transversale 31 de l'installation,
parallèle à la surface du liquide 16 et orthogonale à la direction principale d'écoulement
30.
[0058] Les trois éléments 11, 12, 14 du convoyeur 10 présentent donc chacun la forme d'un
couloir ou d'un chemin ouvert à son entrée et à sa sortie, même si d'autres géométries
pourraient être adoptées, sans sortir du cadre de l'invention.
[0059] Le fond de la partie aval de la zone 14 présente un plateau légèrement incliné vers
l'amont par rapport à la direction horizontale, par exemple d'une valeur de l'ordre
de 5 à 10°. C'est l'extrémité aval de ce même plateau, également dénommé « blade »,
qui définit en partie la sortie des particules 26.
[0060] L'installation 1 est également pourvue d'un convoyeur de substrat 36, destiné à mettre
le substrat 38 en défilement. Ce substrat peut être rigide ou souple. Dans ce dernier
cas, il peut être mis en mouvement sur un rouleau 40 dont l'axe est parallèle à la
sortie 26 de la zone 14, à proximité de laquelle il se situe. En effet, le substrat
38 est destiné à défiler de manière très rapprochée de la sortie 26, afin que les
particules atteignant cette sortie puisse être transférées aisément sur ce substrat,
via un pont capillaire 42, également dénommé ménisque, qui le relie au liquide porteur
16. Le pont capillaire 42 est assuré entre le liquide porteur 16 qui se situe au niveau
de la sortie 26, et une partie du substrat 38 épousant le rouleau de guidage / d'entraînement
40. Alternativement, le substrat peut être au contact directement de la zone de transfert,
sans sortir du cadre de l'invention. Le pont capillaire mentionné ci-dessus n'est
alors plus requis.
[0061] A titre informatif, dans le cas où le substrat est rigide et les objets à transférer
sont également rigides et ne peuvent s'adapter à une rupture d'angle lors du transfert,
il peut être avantageux d'immerger le substrat dans le liquide de la zone d'accumulation
et de transfert 14, et d'effectuer le tirage dans cette configuration. Ceci permet
de maximiser l'angle formé entre le plan horizontal du liquide de la zone 14, et le
plan du substrat.
[0062] Dans l'exemple montré sur les figures, la largeur du substrat correspond à la largeur
de la zone 14 et de sa sortie 26. Il s'agit d'une largeur qui correspond aussi à la
largeur maximale du film de particules qu'il est possible de déposer sur le substrat.
Cette largeur peut être de l'ordre de 25 à 30 cm. La largeur du substrat sur lequel
doivent être déposées les particules peut cependant être inférieure à la largeur de
la zone 14.
[0063] L'installation 1 comporte également une structure 50 pour la déflection des particules
4, cette structure étant agencée au niveau du réservoir 11, en aval des moyens de
dispense 2 selon la direction principale d'écoulement 30.
[0064] La structure de déflection 50 traverse la surface du liquide porteur 16. Elle est
configurée pour favoriser, selon la direction transversale 31, un étalement des particules
4 en sortie du réservoir 11. Pour ce faire, la structure 50 s'étend tout le long du
liquide porteur selon la direction transversale 31, entre une première et une seconde
extrémité opposées selon cette même direction 31. Elle dispose d'une forme générale
définissant au moins une partie convexe 50a vue depuis une sortie du réservoir, les
moyens de dispense 2 étant agencés juste en aval de cette partie convexe. Comme cela
est le mieux visible sur la figure 2, la structure 50 dispose d'une forme générale
parabolique, avec la partie convexe 50a correspondant à son sommet. Aussi, depuis
ce sommet, la structure parabolique 50 s'étend vers l'aval et vers les rebords 28
jusqu'à proximité de la sortie du réservoir, ce qui permet d'étaler les particules
4 selon la direction 31 avant que celles-ci n'atteignent la rampe inclinée 12. Au
niveau de la sortie du réservoir 11 alimentant la rampe 12, sans cette structure 50,
la densité des particules 4 serait plus importante au centre que sur les bords de
ce réservoir 11.
[0065] L'une des particularités de l'invention réside dans le fait que la structure déflectrice
50 est perméable au liquide porteur. Cette fonction est assurée par une alternance,
entre ses première et seconde extrémités, d'obstacles 52 et d'espaces 54 séparant
ces obstacles. Les figures 3 et 4 montrent un exemple de réalisation dans lequel les
obstacles 52 sont des tiges de vis vissées sur une plaque de support 56, reposant
par exemple dans le fond du réservoir. Cette plaque 56 est ainsi percée de trous recevant
chacun une vis 52, ces trous étant pratiqués le long d'une ligne fictive de forme
parabolique, correspondant à celle souhaitée pour la structure 50.
[0066] Les obstacles 52 sont implantés avec un pas « p » d'environ 5 mm. De plus, la structure
déflectrice 50 est réalisée de façon à présenter, à la surface du liquide 16, un taux
d'ouverture proche de 0,5. Ce taux d'ouverture correspond au rapport entre la somme
des longueurs « d1 » des espaces 54, et la somme des longueurs « d1 » et des longueurs
« d2 » des tiges de vis 52 correspondant à leur diamètre, par exemple de l'ordre de
3 mm.
[0067] Les tiges de vis 52 et la plaque de support 56 sont préférentiellement réalisées
en matériau hydrophobe, par exemple en matériau polymère.
[0068] Aussi, lorsque le liquide 16 est mis en mouvement dans le réservoir 11 en direction
de la rampe 12, il passe au travers des espaces 54 et bute contre les tiges de vis
52, de sorte à étaler et ralentir les instabilités de Marangoni. Les risques de démouillage
de la rampe 12 sont ainsi considérablement réduits, même lorsque les tensions de surface
diffèrent largement entre le liquide porteur et la solution intégrant les particules.
[0069] Selon une alternative de réalisation montrée sur la figure 5, les obstacles 52 pourraient
être reliés à un support supérieur 56, à la manière d'un peigne. Le support 56 ne
serait alors plus plongé dans le liquide porteur traversé par les tiges 52, mais situé
au-dessus de ce liquide en étant par exemple raccordé aux rebords 28 du convoyeur.
[0070] Quelle que soit la solution retenue, celle-ci peut être complétée par la réalisation,
dans le réservoir 11 en aval de la structure déflectrice 50, d'au moins un compartiment
60 délimité par une paroi 62 perméable au liquide porteur 16. Un tel arrangement est
représenté sur les figures 6 et 7, sur lesquelles le réservoir 11 est multi-compartimenté
en aval de la structure déflectrice 50.
[0071] Les parois 62, qui traversent également la surface du liquide 16, permettent de freiner
encore davantage la propagation des instabilités hydrodynamiques. Ces parois perméables
62 sont réalisées d'une manière sensiblement identique ou similaire à la structure
50, à savoir par des obstacles et des espaces permettant le passage du liquide porteur.
Aussi, toutes les caractéristiques décrites pour la structure 50 sont applicables
aux parois 62 délimitant les compartiments 60, dont la superficie à la surface du
liquide 16 peut être comprise entre 2 et 500 cm
2. En particulier, les parois 62 peuvent être réalisées par des tiges de vis traversant
la surface du liquide porteur, et vissées dans des trous correspondants pratiqués
à travers la plaque de support 56 portant également la structure déflectrice 50.
[0072] La forme des compartiments 60 peut varier. Dans l'exemple représenté, certaines parois
62, délimitant plusieurs compartiments, présentent une forme parabolique sensiblement
homothétique de celle de la structure déflectrice 50.
[0073] Les parois 62 étant agencées en aval des moyens de dispense 2 des particules 4, celles-ci
peuvent par conséquent être amenées à traverser ces parois 62 avant d'arriver à l'entrée
de la rampe 12.
[0074] Il est noté que les instabilités et les particules peuvent traverser la structure
50 de l'aval vers l'amont. Ceci est un phénomène provisoire puisque le flux de liquide
porteur repousse l'ensemble vers le plan incliné, vers l'aval. L'avantage d'une telle
situation est de profiter également de la structure 50 amont pour déconfiner davantage
les instabilités. De plus, le profil de la structure 50, par exemple parabolique,
circulaire, en V, sinusoïdal, etc., déforme les lignes de courant en surface pour
favoriser l'étalement des particules et instabilités selon la largeur 31.
[0075] Une autre particularité de l'invention réside dans le fait de prévoir, agencés au
niveau d'une jonction 73 entre le réservoir 11 et la rampe inclinée 12, des moyens
70 d'élévation du niveau de liquide 16 par effet capillaire. Il est noté que cette
jonction 73 entre le réservoir 11 et la rampe 12 se situe au niveau d'un point d'inflexion
du liquide entre ces deux éléments du convoyeur 10.
[0076] Ces moyens 70, de préférence réalisés par une barrière transversale de plots 72 espacés
les uns des autres, permettant de surélever localement le niveau de liquide porteur
16, juste avant son entrée sur la rampe inclinée 12. Cette barrière est représentée
plus en détail sur les figures 8 et 9. Les plots 72 qui la constituent permettent
en effet la création d'un bourrelet transversal de liquide 74 à la jonction entre
le réservoir 11 et la rampe 12, et ce par effet capillaire compensant le poids de
ce liquide porteur. Cette technique, visant à la création du bourrelet 74 en saillie
vers le haut, permet d'atténuer encore davantage le phénomène de variation de l'épaisseur
du liquide, résultant des gradients de tension interfaciale entre ce liquide 16 et
la solution comportant les particules 4. Les risques de démouillage de la rampe 12
sont donc encore réduits par la mise en oeuvre de cet agencement.
[0077] Les plots 72 sont agencés sur toute la largeur du réservoir 11, selon la direction
31. Ils sont implantés avec un pas « p' » d'environ 2 à 4 mm. Les plots sont de forme
générale conique, avec la base située vers le bas, de largeur / diamètre « d3 » d'environ
2 mm, et une hauteur « h » comprise entre 2 et 3 mm. Ces plots sont réalisés en matériau
hydrophobe, par exemple en silicone.
[0078] Un procédé de formation et de dépôt d'un film compact de particules selon un mode
de réalisation préféré de l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures
10a à 11b.
[0079] Tout d'abord, la buse d'injection 6 est activée pour débuter la dispense des particules
4 dans le réservoir 11. Il s'agit de mettre en oeuvre une étape initiale de remplissage
de la zone d'accumulation et de transfert 14, par les particules 4, avec le liquide
porteur 16 déjà au niveau requis dans la zone 14. Cette étape est schématisée sur
les figures 10a et 10b.
[0080] Durant cette phase d'amorçage, les particules dispensées 4 sont guidées par la structure
50 et traversent les compartiments lorsque ceux-ci sont prévus dans le réservoir 11,
avant d'atteindre la rampe 12. Les particules 4 pénètrent ensuite dans la zone 14
dans laquelle elles se dispersent.
[0081] Au fur et à mesure que les particules 4 sont injectées et pénètrent dans la zone
d'accumulation et de transfert 14, elles viennent en butée contre le substrat 38,
puis le front amont de ces particules a tendance à se décaler vers l'amont, en direction
de la ligne d'inflexion 24. L'injection de particules est poursuivie même après que
ce front amont ait dépassé la ligne 24, afin qu'il remonte sur la rampe inclinée 12.
[0082] Effectivement, il est fait en sorte que le front amont de particules 55 remonte sur
la rampe 12 de manière à ce qu'il se situe à une distance horizontale « d4 » donnée
de la ligne d'inflexion 24, comme montré sur la figure 11a. La distance « d4 » peut
être de l'ordre de 30 mm.
[0083] A cet instant représenté sur les figures 11a et 11b, les particules 4 sont ordonnées
dans la zone 14 et sur la rampe 12, sur laquelle elles s'ordonnent automatiquement,
sans assistance, grâce notamment à leur énergie cinétique et aux forces capillaires
mises à profit au moment de l'impact sur le front 55. L'ordonnancement est tel que
le premier film compact obtenu présente une structure dite « hexagonale compacte »
dans le cas de sphères, dans laquelle chaque particule 4 est entourée et contactée
par six autres particules 4 en contact entre elles. Il est alors indifféremment parlé
de film compact de particules, ou de film de particules ordonnées.
[0084] Une fois que les particules ordonnancées 4 formant le film recouvrent l'intégralité
du liquide porteur situé dans la zone 14, il peut être procédé à une étape de structuration
de ce film, qui ne sera pas détaillée ici, mais qui est connue de l'homme du métier.
Elle consiste par exemple en la mise en place d'objets sur le film compact.
[0085] Ensuite, il est procédé à la mise en mouvement du substrat 38, initié dès que le
front 55 a atteint le niveau requis représenté sur la figure 11a, et après l'éventuel
processus de structuration évoqué ci-dessus. Alternativement, la structuration pourrait
s'effectuer après le dépôt du film sur le substrat, sans sortir du cadre de l'invention.
[0086] Lorsque le substrat 38 commence à défiler, le film de particules 4 s'y dépose en
passant à travers la sortie 26 et en empruntant le pont capillaire 42, à la manière
de celle décrite dans le document
CA 2 695 449. Une solution par contact plutôt que par pont capillaire est également envisageable,
sans sortir du cadre de l'invention.
[0087] Pour faciliter le dépôt et l'adhérence des particules 4 sur le substrat 38, de préférence
réalisé en polymère, il est prévu un recuit thermique postérieurement au transfert.
Ce recuit thermique est par exemple réalisé à 80°C, en utilisant un film mat de laminage
basse température à base de polyester, par exemple commercialisé sous la référence
PERFEX-MATT™, d'épaisseur 125µm.
[0088] L'avantage d'un tel film en tant que substrat est que l'une de ses faces devient
collante à la température de l'ordre de 80°C, ce qui permet de faciliter l'adhérence
des particules 4 sur celle-ci. Plus précisément, à cette température, les particules
4 s'enfoncent dans le film ramolli 38, et permettent ainsi un contact direct avec
le film, qui conduit à leur collage.
[0089] Alternativement, le substrat 38 peut être du type silicium, verre, ou encore film
piézoélectrique.
[0090] Au cours de la formation du film et du transfert, l'injection de particules et la
vitesse de défilement du substrat sont réglées de sorte que le front de particules
reste dans une position sensiblement identique. Pour ce faire, le débit de particules
peut être de l'ordre de 0,1 ml/min à plusieurs ml/min, tandis que la vitesse linéaire
du substrat 38, également dénommée vitesse de tirage, peut être de l'ordre de 0,1
cm/min à 100 cm/min. Cette vitesse de tirage élevée, qui peut être supérieure de plus
de 30% par rapport aux vitesses maximales possibles avec les installations de l'art
antérieur, est obtenue en particulier grâce à la circulation du liquide porteur à
travers la structure déflectrice perméable 50, et grâce à la réalisation, par effet
capillaire, du bourrelet de liquide avant son introduction sur la rampe inclinée 12.
[0091] Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier
à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.
1. Installation (1) pour la formation d'un film compact de particules (4) à la surface
d'un liquide porteur (16), l'installation comportant :
- une zone (11) formant réservoir de liquide porteur ;
- une rampe inclinée (12) située dans le prolongement de la zone formant réservoir
et sur laquelle les particules sont destinées à circuler par gravité ;
- une zone d'accumulation et de transfert de particules (14) située dans le prolongement
de la rampe inclinée ;
- des moyens (18) de mise en mouvement du liquide porteur destinés à le faire circuler
de la zone formant réservoir à la zone d'accumulation et de transfert de particules,
en passant par la rampe inclinée ;
- des moyens de dispense (2) des particules (4) en solution, configurés pour dispenser
lesdites particules à la surface du liquide porteur dans la zone formant réservoir
; et
- une structure (50) pour la déflection des particules, traversant la surface du liquide
porteur (16) dans la zone formant réservoir (11), ladite structure (50) étant agencée
en aval desdits moyens de dispense (2) des particules selon une direction principale
(30) d'écoulement du liquide porteur de la zone formant réservoir (11) à la zone d'accumulation
et de transfert de particules (14), en passant par la rampe inclinée (12), ladite
structure (50) étant configurée pour favoriser, selon une direction transversale (31)
de l'installation parallèle à la surface du liquide porteur et orthogonale à une direction
principale d'écoulement (30), un étalement des particules (4) en sortie de la zone
formant réservoir (11),
caractérisée en ce que ladite structure (50) pour la déflection des particules est perméable au liquide
porteur (16).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure (50) pour la déflection des particules présente, en alternance,
le long de celle-ci entre une première extrémité et une seconde extrémité opposée
dans ladite direction transversale (31), des obstacles (52) et des espaces (54) permettant
le passage du liquide porteur (16).
3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits obstacles (52) sont des tiges, par exemple des tiges de vis vissées sur une
plaque de support (56).
4. Installation selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits obstacles (52) sont implantés avec un pas d'environ 1 à 10 mm, et en ce que la structure (50) pour la déflection des particules est réalisée de façon à présenter,
à la surface du liquide porteur (16), un taux d'ouverture de l'ordre de 0,05 à 0,9,
et de préférence proche de 0,5.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les obstacles (52) sont réalisés en matériau hydrophobe, par exemple en polymère,
ou en matériau hydrophile, par exemple en matériau métallique.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que les obstacles (52) présentent une largeur comprise entre 1 et 9,5 mm.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure (50) pour la déflection des particules s'étend tout le long du liquide
porteur (16), selon ladite direction transversale (31) de l'installation.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure (50) pour la déflection des particules dispose d'une forme générale
définissant au moins une partie convexe (50a) vue depuis une sortie de ladite zone
formant réservoir (11).
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la structure (50) pour la déflection des particules dispose d'une forme générale
parabolique, circulaire, en V ou sinusoïdale.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone formant réservoir (11) comporte, en aval de la structure (50) pour la déflection
des particules, au moins un compartiment (60) délimité par une paroi (62) perméable
au liquide porteur (16) dont la surface est traversée par cette même paroi.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite paroi est réalisée par l'alternance d'obstacles et d'espaces permettant le
passage du liquide porteur.
12. Installation selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisée en ce que chaque compartiment (60) présente, à la surface du liquide porteur, une superficie
comprise entre 0,5 et 1000 cm2.
13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat (38) pour le dépôt du film compact de particules (4), ledit
substrat (38) étant en regard d'une sortie de particules (26) de ladite zone d'accumulation
et de transfert (14).
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour assurer un dépôt du film compact de particules (4) sur un
substrat (38) en défilement, ledit substrat étant souple ou rigide.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre, agencés au niveau d'une jonction (73) entre la zone formant
réservoir (11) et la rampe inclinée (12), des moyens (70) d'élévation du niveau de
liquide porteur (16) par effet capillaire.
16. Procédé de formation d'un film compact de particules (4) à la surface d'un liquide
porteur (16), à l'aide d'une l'installation (1) selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en mouvement du liquide porteur (16) de manière à le
faire circuler de la zone formant réservoir (11) à la zone d'accumulation et de transfert
de particules (14), en passant par la rampe inclinée (12), ainsi qu'une étape de dispense
des particules (4) en solution à la surface du liquide porteur (16) en mouvement,
dans la zone formant réservoir (11), ladite étape de mise en mouvement du liquide
porteur étant réalisée de manière à faire circuler le liquide porteur (16) à travers
ladite structure perméable (50) pour la déflection des particules, agencée en amont
desdits moyens de dispense (2) de ces mêmes particules (4).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour la formation d'un film compact de particules (4) ayant une
grande dimension comprise entre 1 nm et 500 µm.
18. Procédé selon la revendication 16 ou la revendication 17, caractérisé en ce que le liquide porteur (16) est de l'eau déionisée, et en ce que lesdites particules (4) se trouvent en solution dans un solvant ayant une tension
de surface inférieure à celle de l'eau déionisée, ledit solvant étant de préférence
du n-butanol, méthanol, chloroforme, ou un mélange d'au moins deux d'entre eux.
1. Anlage (1) für die Bildung eines kompakten Films von Partikeln (4) an der Oberfläche
einer Trägerflüssigkeit (16), wobei die Anlage umfasst:
- eine Zone (11), die ein Trägerflüssigkeitsreservoir bildet;
- eine geneigte Rampe (12), die in der Verlängerung der Reservoirbildungszone angeordnet
ist, und auf der die Partikel durch Schwerkraft zirkulieren sollen;
- eine Partikelakkumulations- und Transferzone (14), die in der Verlängerung der geneigten
Rampe angeordnet ist;
- Mittel (18) zum Inbewegungsetzen der Trägerflüssigkeit, die dazu ausgelegt sind,
sie von der Reservoirbildungszone zur Partikelakkumulations- und Transferzone zirkulieren
zu lassen, wobei sie die geneigte Rampe passieren;
- Mittel (2) zur Abgabe der Partikel (4) in Lösung, die dazu ausgelegt sind, die Partikel
an der Oberfläche der Trägerflüssigkeit in der Reservoirbildungszone abzugeben; und
- eine Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel, die die Oberfläche der Trägerflüssigkeit
(16) in der Reservoirbildungszone (11) durchsetzt, wobei die Struktur (50) stromabwärts
der Mittel (2) zur Abgabe der Partikel entlang einer Hauptströmungsrichtung (30) der
Trägerflüssigkeit von der Reservoirbildungszone (11) zur Partikelakkumulations- und
Transferzone (14) angeordnet ist, wobei sie die geneigte Rampe (12) passiert, wobei
die Struktur (50) dazu ausgelegt ist, eine Verteilung der Partikel (4) am Ausgang
der Reservoirbildungszone (11) entlang einer Querrichtung (31) der Anlage parallel
zur Oberfläche der Trägerflüssigkeit und orthogonal zu einer Hauptströmungsrichtung
(30) zu begünstigen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel für die Trägerflüssigkeit (16) durchlässig
ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel alternierend entlang derselben zwischen
einem ersten Ende und einem zweiten, in der Querrichtung (31) entgegengesetzten Ende,
Hindernisse (52) und Zwischenräume (54) aufweist, die den Durchtritt der Trägerflüssigkeit
(16) erlauben.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisse (52) Stangen sind, beispielsweise Schraubstangen, die auf eine Tragplatte
(56) geschraubt sind.
4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisse (52) mit einem Zwischenschritt von ungefähr 1 bis 10 mm implantiert
sind, und dass die Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel derart realisiert ist,
dass sie an der Oberfläche der Trägerflüssigkeit (16) eine Öffnungsrate in der Größenordnung
von 0,05 bis 0,9 aufweist, und vorzugsweise nahe 0,5.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisse (52) aus einem hydrophoben Material realisiert sind, beispielsweise
aus einem Polymer, oder aus einem hydrophilen Material, beispielsweise aus einem metallischen
Material.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hindernisse (52) eine Breite aufweisen, die zwischen 1 und 9,5 mm enthalten ist.
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel sich entlang der gesamten Trägerflüssigkeit
(16) entlang der Querrichtung (31) der Anlage erstreckt.
8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel eine allgemeine Form aufweist, die,
von einem Ausgang der Reservoirbildungszone (11) aus gesehen, wenigstens ein konvexes
Teil (50a) definiert.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch durch gekennzeichnet, dass die Struktur (50) zur Ablenkung
der Partikel eine allgemeine parabolische, kreisförmige, V-förmige oder sinusförmige
Form aufweist.
10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reservoirbildungszone (11) stromabwärts der Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel
wenigstens eine Kammer (60) umfasst, die durch eine Wand (62) begrenzt ist, die für
die Trägerflüssigkeit (16) durchlässig ist, deren Oberfläche durch diese Wand durchsetzt
wird.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand durch eine alternierende Anordnung von Hindernissen und Zwischenräumen realisiert
ist, die den Durchtritt der Trägerflüssigkeit erlauben.
12. Anlage nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer (60) an der Oberfläche der Trägerflüssigkeit eine Oberfläche aufweist,
die zwischen 0,5 und 1000 cm2 enthalten ist.
13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Substrat (38) für die Abscheidung des kompakten Films von Partikeln (4) umfasst,
wobei das Substrat (38) gegenüber einem Partikelausgang (26) der Akkumulations- und
Transferzone (14) angeordnet ist.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgelegt ist, eine Abscheidung des kompakten Films von Partikeln (4) auf
einem Substrat (38) im Durchlauf sicherzustellen, wobei das Substrat flexibel oder
starr ist.
15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Mittel (70) zur Anhebung des Pegels der Trägerflüssigkeit (16) durch Kapillareffekt
umfasst, die im Bereich einer Verbindung (73) zwischen der Reservoirbildungszone (11)
und der geneigten Rampe (12) angeordnet sind.
16. Verfahren zur Bildung eines kompakten Films von Partikeln (4) an der Oberfläche einer
Trägerflüssigkeit (16) mit Hilfe einer Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Inbewegungversetzens der Trägerflüssigkeit (16) derart umfasst,
dass sie von der Reservoirbildungszone (11) zur Partikelakkumulations- und Transferzone
(14) zirkuliert, wobei sie die geneigte Rampe (12) passiert, sowie einen Schritt der
Abgabe der Partikel (4) in Lösung an der Oberfläche der in Bewegung befindlichen Trägerflüssigkeit
(16) in der Reservoirbildungszone (11), wobei der Schritt des Inbewegungversetzens
der Trägerflüssigkeit derart realisiert wird, dass die Trägerflüssigkeit (16) durch
die durchlässige Struktur (50) zur Ablenkung der Partikel hindurch zirkuliert, die
stromaufwärts der Mittel (2) zur Abgabe dieser Partikel (4) angeordnet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Bildung eines kompakten Films von Partikeln (4) mit einer großen Abmessung
verwendet wird, die zwischen 1 nm und 500µm enthalten ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit (16) entionisiertes Wasser ist, und dass sich die Partikel
(4) in Lösung in einem Lösungsmittel befinden, das eine Oberflächenspannung kleiner
als jene des entionisierten Wassers hat, wobei das Lösungsmittel vorzugsweise n-Butanol,
Methanol, Chloroform oder eine Mischung von wenigstens zwei davon ist.
1. Installation (1) for forming a compact film of particles (4) on the surface of a carrier
fluid (16), the installation including:
- a zone (11) acting as a carrier fluid reservoir;
- an inclined ramp (12) situated extending from the zone acting as a reservoir and
whereon the particles are intended to circulate gravitationally;
- a particle storage and transfer zone (14) situated extending from the inclined ramp;
- means (18) for moving the carrier fluid intended to make it circulate from the zone
acting as a reservoir to the particle storage and transfer zone, via the inclined
ramp;
- means (2) for dispensing the particles (4) in solution, configured to dispense said
particles on the surface of the carrier fluid in the zone acting as a reservoir; and
- a structure (50) for deflecting particles, passing through the surface of the carrier
fluid (16) into the zone acting as a reservoir (11), said structure (50) being arranged
downstream from said means (2) for dispensing particles along a main flow direction
(30) of the carrier fluid from the zone acting as a reservoir (11) to the particle
storage and transfer zone (14), via the inclined ramp (12), said structure (50) being
configured to favour, along a transverse direction (31) of the installation parallel
with the surface of the carrier fluid and orthogonal to a main flow direction (30),
spreading of the particles (4) at the outlet of the zone acting as a reservoir (11),
characterised in that said structure (50) for deflecting particles is permeable to the carrier fluid (16).
2. Installation according to claim 1, characterised in that said structure (50) for deflecting particles has, in alternation, along same between
a first end and a second opposite end in said transverse direction (31), obstacles
(52) and spaces (54) allowing the passage of the carrier fluid (16).
3. Installation according to claim 2, characterised in that said obstacles (52) are rods, for example screw rods screwed onto a support plate
(56).
4. Installation according to claim 2 or claim 3, characterised in that said obstacles (52) are fitted with an interval of approximately 1 to 10 mm, preferably
5 mm, and in that the structure (50) for deflecting particles is embodied so as to have, on the surface
of the carrier fluid (16), an open area ratio of 0.05 to 0.9, preferably approximately
0.5.
5. Installation according to any one of claims 2 to 4, characterised in that the obstacles (52) are made of hydrophobic material, for example polymer, or of hydrophilic
material, for example metallic material.
6. Installation according to any one of claims 2 to 5, characterised in that the obstacles (52) have a width between 1 and 9.5 mm.
7. Installation according to any one of the preceding claims, characterised in that the structure (50) for deflecting particles extends all along the carrier fluid (16),
along said transverse direction (31) of the installation.
8. Installation according to any one of the preceding claims, characterised in that the structure (50) for deflecting particles has an overall shape defining at least
one convex portion (50a) viewed from an outlet of said zone acting as a reservoir
(11).
9. Installation according to claim 8, characterised in that the structure (50) for deflecting particles has a parabolic, circular, V-shaped or
sinusoidal overall shape.
10. Installation according to any one of the preceding claims, characterised in that the zone acting as a reservoir (11) includes, downstream from the structure (50)
for deflecting particles, at least one compartment (60) defined by a wall (62) permeable
to the carrier fluid (16), the surface whereof is traversed by said wall.
11. Installation according to claim 10, characterised in that said wall is embodied by alternating obstacles and spaces allowing the passage of
the carrier fluid.
12. Installation according to claim 10 or claim 11, characterised in that each compartment (60) has, on the surface of the carrier fluid, a surface area between
0.5 and 1000 cm2.
13. Installation according to any one of the preceding claims, characterised in that it includes a substrate (38) for depositing the compact film of particles (4), said
substrate (38) facing an outlet of particles (26) from said storage and transfer zone
(14).
14. Installation according to claim 13, characterised in that it is configured to carry out deposition of the compact film of particles (4) on
a conveyed substrate (38), said substrate being flexible or rigid.
15. Installation according to any one of the preceding claims, characterised in that it further comprises, arranged at a junction (73) between the zone acting as a reservoir
(11) and the inclined ramp (12), means (70) for raising the level of the carrier fluid
(16) by the capillary effect.
16. Method for forming a compact film of particles (4) on the surface of a carrier fluid
(16), using an installation (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that it comprises a step for moving the carrier fluid (16) so as to make it circulate
from the zone acting as a reservoir (11) to the particle storage and transfer zone
(14), via the inclined ramp (12), and a step for dispensing the particles (4) in solution
on the surface of the moving carrier fluid (16), in the zone acting as a reservoir
(11), said step for moving the carrier fluid being carried out so as to make the carrier
fluid (16) circulate through said permeable structure (50) for deflecting particles,
arranged upstream from said means (2) for dispensing said particles (4).
17. Method according to claim 16, characterised in that it is used for forming a compact film of particles (4) having a large size between
1 nm and 500 µm.
18. Method according to claim 16 or claim 17, characterised in that the carrier fluid (16) is deionised water, and in that said particles (4) are found in solution in a solvent having a surface tension less
than that of deionised water, said solvent being preferably n-butanol, methanol, chloroform,
or a mixture of at least two thereof.