A LA SURFACE D'UN LIQUIDE PORTEUR

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention se rapporte au domaine des procédés pour la formation d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, le film compact obtenu éta nt généralement destiné à être déposé sur un substrat, de préférence en défilement.

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 non-sphérique, peuvent par exemple être des particules de silice, des fibres de verre, des nanotubes de carbone, ou encore des fibres de nitrure de gallium. A cet égard, il est noté que des études récentes ont montré que l'utilisation de particules / colloïdes non-sphériques constituait une voie très prometteuse dans la conception de matériaux aux propriétés nouvelles. Les colloïdes peuvent se présenter sous des formes longilignes comme des fibres, des fils, des tubes ou des bâtonnets, ou encore sous des formes plus complexes comme des polygones, des tétrapodes, des cubes, des prismes, etc.

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, com me par exemple des ca pteurs. A titre indicatif, un dispositif hybride associe par définition sur un même substrat des objets ayant diverses fonctions, par exemple électroniques, optiques, électro-optiques, piézoélectriques, thermoélectriques, mécaniques, etc.

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.

Néanmoins, l'invention se rapporte davantage à la formation de films compacts simples plutôt qu'à à la formation de films compacts structurés.

Plus généralement, l'invention présente des applications dans de nombreux domaines comme la mécanique, 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 tels que les capteurs chimiques, la tribologie, etc.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

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.

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.

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.

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 Colloïdal Self-Assembly at Liquid_Liquid Interfaces", acsnano, VOL. 4 ^■ NO. 10 ^■ 5665-5670 ^■ 2010, du document Markus Retsch, « Fabrication of Large-Area, Transférable Colloïdal 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 Colloïdal Photonic Crystals from Silica Sphères", 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. 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 suspension dans un solvant placé dans le dispositif de dispense, qui prend par exemple la forme d'une buse. Ce dispositif de dispense 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.

Alternativement, les particules en suspension dans un solvant peuvent être dispensées directement à la surface du liquide porteur, à l'aide d'une pipette ou d'une pompe péristaltique. Les particules dispersées à la surface du liquide porteur sont ensuite ordonnées à l'aide de barrières ou d'éléments similaires permettant de les rapprocher les unes des autres, afin d'obtenir le film compact de particules à déposer ultérieurement sur le substrat.

Néanmoins, ces techniques de dispense de particules souffrent de plusieurs inconvénients mentionnés ci-dessous, qui sont d'ailleurs accentués lorsque les particules sont de forme non-sphérique.

Tout d'abord, si les particules contenues dans le dispositif de dispense se sédimentent rapidement, il peut s'avérer difficile, voire impossible d'obtenir une dispense uniforme et homogène sur le liquide porteur. Cette sédimentation peut même conduire accidentellement à l'obstruction de l'extrémité du dispositif de dispense, comme la pointe jetable d'une pipette. En outre, des particules sont susceptibles de se déposer à l'intérieur du dispositif de dispense, faussant ainsi la quantité réelle de particules introduites à la surface du liquide porteur.

Par ailleurs, dans le cas particulier d'une pipette, de multiples facteurs peuvent influencer la quantité de solvant / particules réellement aspirée et dispensée. Il s'agit par exemple de la température et de la pression de l'air extérieur, de la masse volumique du solvant, de la valeur du volume mort, etc. Tous ces facteurs peuvent avoir une influence sur la quantité aspirée / dispensée, ce qui nuit à la précision et à la répétabilité des opérations. EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention a donc pour but de répondre au moins partiellement aux inconvénients identifiés ci-dessus. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de formation d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, comprenant les étapes suivantes :

- mise en place d'au moins un support de particules dans ledit liquide porteur, ledit support comprenant au moins une partie solidifiée dans laquelle sont piégées les particules et qui est réalisée à partir d'au moins un liquide refroidi, ledit support en fusion dans ledit liquide porteur conduisant à la libération des particules à la surface de ce liquide porteur ; et

- ordonnancement des particules libérées de manière à obtenir ledit film compact de particules à la surface du liquide porteur.

L'invention est ainsi remarquable en ce qu'elle rompt drastiquement avec les techniques conventionnelles de dispense des particules à la surface d'un liquide porteur. La technique spécifique à l'invention présente l'avantage de ne pas s'exposer aux risques de sédimentation mentionnés ci-dessus, ni aux risques d'obstruction d'un dispositif de dispense du type pipette, qui n'est plus nécessaire.

La précision et la répétabilité des opérations s'en trouvent avantageusement améliorées, puisque la quantité de particules libérées au cours de la fonte du support est précise, sans risque de pertes. De plus, la technique proposée par l'invention est susceptible de s'appliquer de façon analogue quelles que soient la forme et la taille des particules, et indépendamment de la nature du solvant dans lequel sont éventuellement placées les particules au moment de l'initiation du procédé propre à l'invention. Celle-ci se révèle ainsi compatible avec toutes les solutions de colloïdes / de particules, même celles présentant des formes non-sphériques.

Globalement, l'invention améliore grandement la fiabilité de l'opération d'introduction des particules à la surface du liquide porteur.

En outre, il est préférentiellement fait en sorte que le support flotte dans le liquide porteur. Cela permet d'approcher au plus près les particules libérées de la surface du liquide porteur, sur laquelle elles doivent être ordonnées avant d'être déposées sur un substrat. Grâce à la fonte / fusion progressive du support, il se crée avantageusement une dispense progressive des particules.

Par ailleurs, il est noté que le support solidifié présente initialement une température négative. En raison du gradient de température et du changement de phase durant la fonte, le fluide ne reste pas au repos, en particulier à cause de la descente du fluide froid. Les mouvements de liquide favorisent ainsi une agitation de surface favorable à la dispersion des particules.

Enfin, il est noté que l'abaissement local de la température entraîne une augmentation de la tension de surface du liquide porteur situé à proximité du glaçon. Ce phénomène est profitable car il participe au maintien des particules à la surface du liquide porteur, c'est-à-dire à l'interface gaz/liquide.

L'invention présente par ailleurs au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

Lesdites particules sont de préférence de forme non-sphérique, et de préférence de l'une quelconque des formes citées précédemment. Néanmoins, l'invention reste applicable à des particules de formes et de natures quelconques.

De préférence, lesdites particules sont de taille micrométrique ou nanométrique, de préférence présentant une grande dimension comprise entre 1 nm et 500 μιη. A titre d'exemples illustratifs, les particules/colloïdes employées peuvent être du type particules d'oxydes (Si02, ZnO, AI203, etc.), polymères (latex, PMMA, polystyrène, etc.) ou métalliques (Au, Cu, alliages, etc.). Il peut encore s'agir de particules composées de plusieurs matériaux : polymère/métal, oxyde/métal, oxyde/polymère, métal/oxyde/polymère, ou encore de particules Janus.

Même si la gamme de dimension des particules est préférentiellement comprise entre 1 nm et 500 μιη, il est également possible d'utiliser des fibres de verre ou autres fibres citées précédemment, par exemple de diamètre compris entre 0,01 et 10 μιη, et de longueurs allant de 10 à 4000 μιη. D'autres particules du type silicium ou feuillets de graphène ou feuillets de hBN sont également envisageables, sans sortir du cadre de l'invention.

De préférence, le liquide porteur est de l'eau déionisée. De préférence, ladite partie solidifiée du support, dans laquelle sont piégées les particules, est réalisée au moins à partir d'eau. Plus généralement, la partie solidifiée est préférentiellement réalisée à partir d'un liquide à base aqueuse, par exemple de l'eau contenant des additifs. Cela favorise la flottaison du support, dont les avantages ont été mentionnés ci-dessus.

De préférence, ladite partie solidifiée du support, dans laquelle sont piégées les particules, est réalisée également à partir d'un solvant dans lequel étaient initialement présentes lesdites particules, en suspension.

La présence du solvant, sous forme solidifiée ou simplement à l'état de film liquide sur la partie solidifiée réalisée à partir d'eau, s'avère avantageuse. En effet, en raison de la différence de tension de surface entre l'eau et le solvant, le gradient de tension interfaciale induit des instabilités hydrodynamiques dont les conséquences sont une agitation locale des deux liquides. Ce phénomène d'agitation, connu sous le nom d'effet Marangoni, favorise la dispersion des particules à la surface du liquide porteur.

Comme évoqué ci-dessus, l'étape de mise en place dudit au moins un support de particules est préférentiellement réalisée de telle sorte que ce support flotte à la surface dudit liquide porteur. Encore plus préférentiellement, les particules sont regroupées au niveau d'une face chargée du support, et l'étape de mise en place dudit au moins un support de particules est réalisée de telle sorte que ladite face chargée du support se trouve sensiblement au niveau de la surface du liquide porteur. Cela facilite encore davantage la dispersion des particules sur la surface du liquide porteur.

De préférence, le procédé comprend une étape préalable de fabrication dudit au moins un support dans lequel sont piégées lesdites particules. Cette fabrication peut être mise en œuvre selon plusieurs techniques.

Selon une première technique de fabrication, ladite fabrication dudit support dans lequel sont piégées lesdites particules comprend les opérations suivantes :

a) introduction d'une quantité d'eau dans un récipient contenant un solvant non miscible dans l'eau et de densité inférieure à celle de l'eau, avec lesdites particules agencées en suspension dans ledit solvant, de manière à ce que les particules migrent à l'interface entre l'eau et le solvant, éventuellement à l'aide d'une agitation ; b) refroidissement de manière à obtenir ledit support comprenant au moins une partie solidifiée dans laquelle sont piégées lesdites particules.

De préférence, il est mis en œuvre, entre les opérations a) et b), une opération d'extraction de tout ou partie du solvant. Alternativement, l'opération de refroidissement vise également à solidifier totalement ou partiellement ledit solvant introduit dans le récipient.

Selon une seconde technique, ladite fabrication dudit support dans lequel sont piégées lesdites particules comprend une opération de formation d'un bloc d'eau solidifié. La fabrication comprend ensuite une opération consistant à verser, sur le bloc d'eau solidifié, un solvant dans lequel lesdites particules sont agencées en suspension. Au lieu de le verser, le solvant peut être dispensé, projeté, ou encore appliqué par spray.

L'ensemble peut alors être utilisé en l'état, ou bien cet ensemble formé par le bloc d'eau solidifié et le solvant intégrant particules, est refroidi de manière à ce que ladite partie solidifiée du support comprenne au moins une partie dudit solvant, et de préférence l'intégralité de celui-ci.

Selon encore une autre alternative pour cette seconde technique, ladite fabrication dudit support dans lequel sont piégées lesdites particules comprend ensuite une opération consistant à verser directement, sur le bloc d'eau solidifié, lesdites particules à l'état de poudre.

Selon une troisième technique de fabrication, ladite fabrication dudit support dans lequel sont piégées lesdites particules comprend les opérations suivantes :

a) introduction des particules dans le fond d'un récipient ;

b) introduction d'eau dans le récipient de manière à conserver les particules dans le fond du récipient ;

c) refroidissement de manière à obtenir ledit support comprenant au moins une partie solidifiée dans laquelle sont piégées lesdites particules.

L'invention a également pour objet un procédé de dépôt d'un film compact de particules sur un substrat, comprenant la mise en œuvre du procédé de formation d'un film compact de particules à la surface d'un liquide porteur, suivie d'une étape de dépôt du film compact de particules sur un substrat.

De préférence, ladite étape de dépôt du film compact de particules est mise en œuvre sur un substrat en défilement, c'est-à-dire avec le film se déposant progressivement sur un substrat en mouvement. Alternativement, le dépôt de toutes les particules du film sur le substrat peut être effectué simultanément, par exemple en approchant le substrat du film, par le dessus ou le dessous, à la manière de la technique Langmuir-Schaefer.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 montre une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, en coupe longitudinale ;

- la figure 2 représente une vue schématique de dessus de l'installation montrée sur la figure 1 ;

- les figures 2a à 5b 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 œuvre à l'aide de l'installation montrée sur les figures précédentes ; et

- les figures 6 à 8 montrent différentes possibilités de fabrication du support de particules mis en œuvre dans le procédé schématisé sur les figures 2a à 5b.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 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. Les particules concernées, non représentées sur les figures 1 et 2, sont prévues pour être initialement placées en suspension dans un solvant. Ces particules ont une taille qui peut être comprise entre quelques nanomètres et plusieurs centaines de micromètres. Les particules ou colloïdes sont de préférence de forme non-sphérique. Elles peuvent se présenter sous des formes longilignes comme des fibres, des fils, des tubes ou des bâtonnets, ou encore sous des formes plus complexes comme des polygones, des tétrapodes, des cubes, des prismes, des polygones, etc. Pour des raisons de simplification des figures suivantes, les particules y seront représentées sous forme de simples tubes, avec des dimensions supérieures aux dimensions réelles.

Les matériaux envisageables pour ces particules sont fonction des applications désirées. Il peut par exemple s'agir de particules de silice, de fibres de verre, de nanotubes de carbone, ou encore des fibres de nitrure de gallium. D'autres particules d'intérêt peuvent être faites de métal ou d'oxyde de métal comme le Platine, le Ti02, de polymère comme le polystyrène ou le PMMA, de carbone, etc., ou encore des particules composées de plusieurs matériaux.

Plus précisément, dans le mode de réalisation préféré, les particules sont des fibres de verre de diamètre de l'ordre de 10 μιη, et dont la longueur est de l'ordre de 4 mm. Il est noté que l'invention s'applique tout particulièrement aux éléments filaires dont la grande dimension est plus de dix fois supérieure à la petite dimension. Comme cela sera détaillé ci-après, les particules sont destinées à être placées en suspension dans un solvant, ici du type butanol ou chloroforme, la proportion du milieu étant d'environ 7 g de particules pour 200 ml de solvant.

L'installation comporte également un convoyeur liquide 10, recevant un liquide porteur 16 sur lequel les particules sont destinées à flotter. Le liquide porteur 16 est de préférence de l'eau déionisée. Le convoyeur 10 intègre une zone 14 d'accumulation et de transfert des particules, dont le fond est sensiblement horizontal, ou bien légèrement incliné de façon à favoriser la vidange de l'installation, le cas échéant.

La zone 14 présente une sortie de particules 26, définie 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 schématisée par la flèche 30 sur les figures 1 et 2. Cette direction 30 correspond à celle du déplacement du film compact de particules lors de son transfert sur le substrat, comme cela sera détaillé ci-après.

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.

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 non représenté, il peut être mis en mouvement sur un rouleau dont l'axe est parallèle à la sortie 26 de la zone 14, à proximité de laquelle il se situe.

Quelle que soit la configuration envisagée, 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.

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.

Dans l'exemple montré sur les figures, la largeur du substrat 38 est légèrement supérieure à la largeur de la zone 14 et de sa sortie 26. La largeur de la zone 14 correspond aussi à la largeur maximale du film de particules qu'il est possible de déposer sur le substrat 38. 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, sans sortir du cadre de l'invention. 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 2a à 5b.

Tout d'abord en référence aux figures 2a et 2b, il est procédé à la mise en place d'un support 40 de particules dans ledit liquide porteur 16. Initialement, ce support 40 comprenant au moins une partie solidifiée dans laquelle sont piégées les particules 4, cette partie solidifiée étant réalisée à partir d'au moins un liquide refroidi. Préférentiellement, le support est, avant son introduction dans le liquide porteur 16, entièrement solidifié, et comporte une partie basse 42 correspondant à de l'eau pure congelée, ainsi qu'une partie haute 44 correspondant au solvant solidifié. Alternativement, le solvant peut se présenter sous la forme d'un film liquide reposant sur l'eau pure congelée. Quoi qu'il en soit, les particules 4 sont piégées à l'interface entre les deux parties haute 44 et basse 42. La fabrication du support 40 sera détaillée ultérieurement.

Le support 40, dans son état initial, présente par exemple une forme cylindrique de section circulaire, d'environ 5 mm d'épaisseur et d'environ 40 mm de diamètre. Des dimensions supérieures peuvent être retenues, sans sortir du cadre de l'invention. Les particules 4 sont regroupées au niveau d'une face chargée du support, correspondant à la surface supérieure 40', sensiblement plane et orientée horizontalement.

De par sa composition essentiellement à base d'eau congelée, le support 40 flotte lorsqu'il est introduit dans le liquide porteur 16. Cette introduction est réalisée de telle sorte que la face chargée 40' du support 40 se trouve sensiblement au niveau de la surface 16' du liquide porteur 16, ou proche de celle-ci. Ce but est facilement atteint lorsque l'épaisseur de solvant solidifié 44 est faible. Néanmoins, le solvant peut ne pas être entièrement solidifé, mais par exemple porté à l'état visqueux.

Une fois introduit dans le liquide porteur 16, le support 40 est en fusion et fond progressivement, en libérant les particules 4 qui peuvent alors se disperser également progressivement à la surface du liquide porteur 16, comme cela a été schématisé sur les figures 3a et 3b. Grâce au gradient de température et au changement de phase durant la fonte du support 40, le fluide ne reste pas au repos, en particulier à cause de la descente du fluide froid. Les mouvements de liquide au sein de la zone 14 favorisent ainsi une agitation de surface favorable à la dispersion des particules 4. De plus, l'abaissement local de la température entraîne une augmentation de la tension de surface du liquide porteur 16 situé à proximité du glaçon 40. Ce phénomène est profitable car il participe au maintien des particules 4 à la surface 16' du liquide porteur 16. En outre, en raison de la différence de tension de surface entre l'eau et le solvant en fusion, le gradient de tension interfaciale induit des instabilités hydrodynamiques qui participent aussi à l'agitation locale des deux liquides, favorisant la dispersion des particules à la surface 16' du liquide porteur.

Il est noté que plusieurs supports 40 peuvent introduits successivement ou simultanément dans le liquide porteur, afin de bénéficier de la quantité de particules désirées. Un système de pompe (non représentée) peut par ailleurs réguler le volume total de liquide dans la zone 14, en tenant compte de l'apport d'eau par les supports 40 introduits dans cette zone.

Lorsque la totalité des particules 4 sont présentes sur la surface 16' dans la zone d'accumulation et de transfert 14, elles sont poussées en direction de la sortie 26 par une barrière 50 ou un élément similaire. Cette barrière 50 est en effet déplacée selon la direction 30 de façon à ce que les particules 4 s'ordonnent en étant retenue vers l'aval par le substrat 38 formant butée.

Cet ordonnancement via la barrière 50 et le substrat 38 génère un film compact 4' de particules 4, comme cela a été schématisé sur les figures 4a et 4b.

Alternativement, il est possible de mettre en œuvre un convoyeur à rampe tel que décrit précédemment, avec lequel les particules 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 de particules présent sur la rampe. Dans ce cas de figure, les supports 40 sont alors préférentiellement placés dans le réservoir du convoyeur, en amont de la rampe. D'autres moyens d'ordonnancement connus de l'homme du métier sont également envisageables, sans sortir du cadre de l'invention.

L'ordonnancement souhaité est tel que le film compact obtenu présente une structure semblable à une structure « 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.

Une fois que le film 4' est obtenu à la surface du liquide porteur 16 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.

Ensuite, il est procédé à la mise en mouvement du substrat 38, effectuée en même temps que la poursuite du déplacement de la barrière 50 vers l'aval, de manière à déposer progressivement le film 4' sur ce même substrat 38, via le pont capillaire 42. Cette étape de dépôt du film 4', également dénommée étape de transfert, a été schématisée sur les figures 5a et 5b. En effet, lorsque le substrat 38 commence à défiler, le film 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.

Pour faciliter le dépôt et l'adhérence des particules 4 sur le substrat 38, par exemple réalisé en polymère, il peut être 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 125μιη. 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. Alternativement, le substrat 38 peut être du type silicium, verre, ou encore film piézoélectrique.

Au cours du transfert, 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.

En référence à présent à la figure 6, il est représenté une première technique de fabrication du support 40.

Tout d'abord, il est prévu dans un récipient 60 dans lequel est agencé le solvant 3 intégrant les particules 4 en suspension. Il est ensuite introduit une quantité donnée d'eau pure dans le récipient 60. Le solvant 3, du butanol, est non miscible dans l'eau et de densité inférieure à celle de l'eau. Aussi, après introduction de l'eau pure, les particules 4 migrent pour venir s'agencer dans un plan horizontal à l'interface entre l'eau 5 située au-dessus, et le solvant situé en dessous. La migration peut être favorisée par une agitation dans le récipient.

Selon une première possibilité, l'ensemble 60' est ensuite directement refroidi de manière à obtenir le support 40 précité. La température de refroidissement est alors de préférence inférieure au point de fusion du solvant, de sorte que la partie solidifiée du support intègre à la fois l'eau pure et le solvant, avec les particules piégées à l'interface.

Selon une autre possibilité, il est procédé à une opération d'extraction du solvant, de manière à ne conserver qu'une couche très mince au-dessus de l'eau, voire de retirer l'intégralité de ce solvant. L'ensemble 60" est ensuite congelé, de manière à obtenir le support 40 dont la partie solidifiée en eau pure intègre les particules 4. L'éventuel film 3' de solvant qui subsiste peut être conservé à l'état liquide à faible température avant l'introduction du support 40 dans le liquide porteur, ou bien peut également être solidifié si la température de refroidissement est suffisamment basse.

Selon une seconde technique de fabrication du support 40 schématisée sur la figure 7, il est d'abord réalisé une opération de formation d'un bloc d'eau pure solidifié 70 dans un récipient 60. Ensuite, il est procédé à une opération consistant à verser, dans le récipient 60 et sur le bloc d'eau solidifié 70, un solvant 3 dans lequel les particules 4 sont en suspension. Cela conduit les particules 4 à migrer à l'interface entre le solvant 3 et le bloc d'eau solidifié 70, pour être piégées à la surface supérieure de ce dernier. L'amenée des particules à l'interface peut également être obtenue par décantation. Ensuite, le surplus de solvant est ici aussi préférentiellement retiré, de manière à ce que seule subsiste une couche très mince de solvant, avec les particules agencées à l'interface entre cette couche et la glace. Le retrait du solvant peut être effectué par pipetage, ou par écoulement par gravité.

L'ensemble forme alors le support 40 qui peut ensuite être introduit en l'état dans le liquide porteur.

Selon une autre possibilité, l'ensemble obtenu 60' peut être refroidi en dessous de la température de fusion du solvant 3, de sorte que la totalité du support 40 soit solidifié avant son introduction dans le liquide porteur.

Selon encore une autre possibilité, après l'obtention du bloc d'eau solidifié 70, il peut être mis en œuvre une opération consistant à verser directement, sur la surface supérieure du bloc 70, les particules 4 à l'état de poudre. Ces particules 4, lorsqu'elles arrivent au contact de la surface supérieure du bloc 70, sont piégées par ce dernier.

Enfin en référence à la figure 8, il est schématisé une troisième technique de fabrication du support 40, qui consiste tout d'abord à introduire des particules 4 dans le fond d'un récipient 60. Ensuite, de l'eau 5 est versée dans le récipient 60 de manière à conserver les particules 4 dans le fond du récipient, et ce versant l'eau avec un débit faible. Pour terminer, l'ensemble est refroidi et solidifié afin d'obtenir le support 40. La partie solidifiée de ce dernier est alors constituée d'un bloc d'eau dans lequel sont piégées les particules 4, sur la surface inférieure. Lorsque ce support est introduit dans le liquide porteur, il est préférentiellement retourné afin que la surface chargée de particules constitue la surface supérieure de support 40.

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.