Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Ecriture directe à l'encre“

Il y a une demande croissante de matériaux céramiques personnalisés présentant des formes et des propriétés de plus en plus complexes pour des applications d'ingénierie biomédicale, qui ne peuvent être obtenues par les techniques traditionnelles de traitement de la céramique. Ces dernières années, une attention croissante a été portée aux matériaux à base de céramique produits par une méthode de fabrication additive communément appelée direct ink writing (DIW) ou Robocasting. Cependant, le défi actuel des céramiques produites par DIW reste l'obtention d'une grande fiabilité mécanique. Donc, dans le premier chapitre, cette thèse examine le scénario global du domaine de DIW, en analysant les principaux résultats des études dans la littérature. Il décrit et discute également les approches les plus innovantes, ainsi que les stratégies d'amélioration mécanique et biologique de la méthode DIW. Le deuxième chapitre présente une caractérisation complète des pâtes composées d'une poudre de zircone renforcée à l'alumine (ATZ, 84 % vol. Ce-TZP, 8 % Al2O3, 8 % SrAl12O19), d'un défloculant, d'un liant, d'eau désionisée et, dans certains cas, de nanofibres de carbone (CNF). Le comportement rhéologique et les propriétés fondamentales de ces pâtes ont été déterminés et des tests d'imprimabilité ont été réalisés. Les résultats ont été comparés aux critères d'imprimabilité établis dans la littérature (ф, K et FTI). Ces critères se sont avérés adaptés à l'évaluation de l'imprimabilité, bien qu'ils présentent certaines limites. En outre, un nouveau critère basé sur le taux de récupération du module de stockage a été introduit, avec le potentiel de prédire l'imprimabilité avec un seul test. Le troisième et dernier chapitre de la thèse s'est concentré sur la fabrication par DIW de filaments du même composite ATZ avec et sans CNF, dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques par des processus de déliantage et de frittage minutieux, ainsi que l'orientation des CNF. Des diamètres de buse compris entre 200 et 840 µm ont été utilisés et des conditions optimales de déliantage et de frittage ont été déterminées, en utilisant les méthodes de frittage conventionnel (CS) et de spark plasma sintering (SPS). L'évaluation mécanique des filaments comprenait la détermination de la contrainte de rupture, de la déformation de rupture, du module de Young et de la fiabilité mécanique (module de Weibull). L'ajout de CNF, censé améliorer les propriétés mécaniques, a entravé la plupart d'entre elles en raison de l'agglomération des CNF. L'impression avec des buses plus petites a permis d'améliorer le module d'Young des filaments, les filaments ATZ frittés par CS présentant une plasticité induite par la transformation, alors que ceux frittés par SPS n'en présentaient pas. Les propriétés mécaniques obtenues étaient comparables ou supérieures à celles obtenues par les techniques conventionnelles de traitement des céramiques. De même, un bon niveau de fiabilité mécanique a été atteint
There is a growing demand for personalized ceramic materials with increasingly complex shapes and properties for biomedical engineering applications, which cannot be achieved via traditional ceramic processing techniques. In recent years, increasing attention has been drawn to ceramic-based materials produced by an additive manufacturing method commonly referred to as direct ink writing (DIW) or Robocasting. However, the current challenge of DIW-produced ceramics remains the achievement of strong mechanical reliability. Hence, in the first chapter, this thesis examines the overall scenario of the DIW field, highlighting and analyzing the primary outcomes of studies available in the literature. It also describes and discusses the most innovative approaches, as well as mechanical and biological improvement strategies for the DIW method. The second chapter of the thesis provides a comprehensive characterization of pastes consisting of an alumina-toughened zirconia (ATZ, 84 vol% Ce-TZP, 8% Al2O3, 8% SrAl12O19) powder, a deflocculant, a binder, deionized water and, in some cases, carbon nanofibers (CNFs). The rheological behavior and fundamental properties of these pastes were determined and printability tests were conducted. The results were compared to established printability criteria/parameters outlined in existing literature (ф, K and FTI). These criteria were found to be suitable for assessing printability, although they presented some limitations in predicting some unprintable pastes. Furthermore, a new criterion based on the recovery rate of the storage modulus was introduced, with the potential to predict printability with a single test. The third and last chapter of the thesis focused on the DIW fabrication of filaments of the same ATZ composite with and without CNFs with the objective of enhancing the mechanical properties by careful debinding and sintering processes, as well as the orientation of the CNFs. Nozzle diameters in the range of 200-840 μm were used and optimal debinding and sintering conditions were determined, using both Conventional Sintering (CS) and Spark Plasma Sintering (SPS) methods. The mechanical evaluation of the filaments included the determination of the fracture stress (flexural strength), fracture strain, Young's modulus and mechanical reliability (Weibull modulus). The addition of the CNFs, expected to improve the mechanical properties, hindered most of them because of CNF agglomeration. Printing with smaller nozzles showed improvements in the Young’s modulus of the filaments, with ATZ filaments sintered by CS exhibiting transformation-induced plasticity (TRIP), while those sintered by SPS did not. The mechanical properties obtained were comparable to or higher than those achieved through conventional ceramic processing techniques like cold isostatic pressing and slip casting. Similarly, a good level of mechanical reliability was achieved

L'objectif de la presente etude est le developpement d'un procede d'interconnexion pour la restructuration locale du reseau des lignes conductrices dans les circuits integres prototypes. Un procede d'ecriture directe par laser de lignes d'interconnexion a ete developpe. Il fait intervenir les interactions entre un faisceau laser, un substrat absorbant et un gaz reactif. Une modelisation des interactions a permis de decrire le transfert de matiere de la phase gazeuse vers la zone de reaction. La structure des substrats permettant la determination de la temperature induite par le faisceau laser a ensuite ete definie. La technique d'ecriture directe a alors ete mise en uvre pour le depot, a l'echelle du micron, de nickel, a partir de la decomposition du nickel tetracarbonyle (ni(co)4), et de silicium, a partir de la decomposition du silane (sih4) et du trisilane (si3h8). La morphologie, la composition et les proprietes electriques des materiaux deposes ont ete analysees. Les cinetiques de croissance, en fonction de differents parametres tels que la temperature de surface et les pressions des gaz reactifs, ont ete mesurees et des mecanismes reactionnels sont proposes. Enfin, le procede d'ecriture directe par laser de lignes d'interconnexion de nickel a ete applique avec succes a la reconfiguration de circuits integres

Dans ce travail, nous étudions théoriquement et expérimentalement le couplage entre une nanoparticule unique de différentes natures, comme fluorescente, non-linéaire, plasmonique, etc., et une structure photonique en matériau polymère. Dans un premier temps, nous avons optimisé la méthode dite écriture directe par laser par absorption à un photon pour réaliser des structures photoniques de bonne qualité à la demande. Ensuite, nous avons également exploité l'effet thermique induit par le laser d’excitation continue, pour simplifier la méthode de fabrication LOPA et améliorer les structures fabriquées. Puis nous avons introduit de façon précise une seule nanoparticule unique à un endroit désiré dans la structure photonique. Le couplage nanoparticule/structure photonique a été réalisé par le même système optique. Ce couplage a été démontré par une augmentation du nombre de photon émis par la nanoparticule fluorescente et par une forte amélioration du signal de génération de seconde harmonique. Parallèlement, nous avons effectué des calculs numériques par la méthode FDTD pour prédire les propriétés optiques intéressantes des structures photoniques et pour confirmer les résultats expérimentaux
In this study, we investigate theoretically and experimentally the nanoparticles/photonic structures coupling. In detail, the work focuses on the elaboration and applications of structured polymer materials, as well as the manipulation of optical properties of various kinds of nano-objects such as gold nanoparticles, magnetic and nonlinear nanoparticles, etc. The coupling of each kind of nanoparticles addresses a specific goal. In order to conduct research, we first build and test an optical confocal setup, which allows us to both image and fabricate nanostructures at a sub-lambda resolution. Besides, we propose a method exploiting the thermal effect caused by a continuous-wave laser source to optimize 2D and 3D structures realized by low one-photon absorption (LOPA)-based direct laser writing (DLW). Then by using this technique, we are capable of precisely determining the position and embedding various kinds of nanoparticles (gold nanoparticles, nonlinear nanoparticles, and magnetic nanoparticles) into arbitrary polymeric photonic structures. The characterization of the fabricated structures is carried out using the same confocal setup. We demonstrate a good enhancement of the optical properties of the nanoparticles embedded inside photonic structures. We also perform numerical calculations by using a FDTD method to confirm the experimental results

Le dépôt CVD assiste par laser de tungstène a été étudie pour permettre la reconnexion des pistes conductrices dans les circuits intègres. Des lignes de tungstène ont été déposées sur de l'oxyde de silicium en présence d'un mélange gazeux constitue d'hexafluorure et d'hydrogène. L'aspect morphologique du dépôt peut être contrôlé en ajustant la puissance laser, la vitesse de balayage et les pressions partielles. Un modèle cinétique a été construit a partir d'un logiciel de simulation thermique et du calcul de la diffusion de l'hexafluorure a travers l'hydrogène au repos. Un traitement original d'activation thermique a également été développé pour abaisser le seuil de température nécessaire à l'amorçage du dépôt. Des lignes d'aluminium ont enfin pu être reconnectées par une ligne de tungstene possédant une bonne adhérence et des valeurs correctes de résistivité et de résistance de contact.

La fabrication de surfaces polymères complexes avec des chimies et des topographies contrôlées à l’échelle micro et nanométrique est en pleine expansion en raison de la large gamme d'applications. Une nouvelle méthode prometteuse consiste à utiliser la photopolymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP2) qui exploite une alcoxyamine photosensible (AA).Pour démontrer le potentiel de fabrication de surfaces de polymères complexes, un film de polymère a d'abord été formé en irradiant avec une formulation contenant un mélange de monomère acrylique et l’alcoxyamine. Ensuite, le dépôt d'un second monomère acrylique sur ce film durci peut redémarrer une nouvelle réaction de photopolymérisation du fait de la présence d'alcoxyamines à la surface. Les radicaux peuvent être réactivés par exposition aux lampes UV et permettent de commencer un nouveau procédé de polymérisation. Une autre alternative est d'utiliser l’écriture directe par laser pour produire des structures en 2D ou 2.5D de polymère, en déplaçant le faisceau laser sur la surface de l'échantillon.Un soin particulier a été axé sur l'impact de paramètres photoniques et chimiques sur le processus de repolymérisation. Les mécanismes moléculaires qui régissent la repolymérisation pourraient être déduits de cette étude.Certaines applications montrent le potentiel de l'alcoxyamine pour générer des surfaces hydrophiles / hydrophobes ou fluorescentes pour des applications avancées
The fabrication of complex polymer surfaces with controled chemistry and topography at the micro and nanoscale has drawn a huge attention during the last years due to the wide range of applications. A promising new method consists in using the nitroxide mediated photopolymerization (NMP2). this method exploits a photosensitive alkoxyamine (AA) that creates latent reactive radical species.To demonstrate the potential for fabrication of complex polymer surfaces, a polymer film was first formed by irradiating with a formulation containing a mixture of acrylic monomer and alkoxyamine. Then, depositing a second acrylic monomer over this cured film can reboot a new photopolymerization reaction due to the presence of alkoxyamines at the surface. The radicals can be reactivated by exposure to UV and start a new polymerization process. Another alternative is to use UV-laser direct writing to produce 2D or 2.5D polymer structure by displacing the laser beam at the surface of the sample.A special care was focused on investigating the impact of photonic and chemical parameters on the extend of the repolymerization process. The molecular mechanisms governing the repolymerization could be deduced from this study.Some applications are provided showing the potential of the alkoxyamine for generating hydrophilic/hydrophobic or fluorescent surfaces for advanced applications

La stéréolithographie biphotonique (TPS) est une technique de microfabrication 3D basée sur la polymérisation par absorption biphotonique qui permet d’obtenir en une seule étape des structures 3D complexes avec des détails sub-100nm. Aujourd’hui, en raison des conditions spécifiques de fabrication liées à la TPS (fort flux, confinement spatial de la photoréaction,…), un des enjeux concerne le développement de matériaux fonctionnels compatibles avec ce procédé. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de développer de nouveaux matériaux fonctionnels à base de polymères à empreintes moléculaires (MIP) pour élaborer des capteurs chimiques. Une première partie de ce travail a consisté à mettre en place différentes méthodes dédiées à la caractérisation des propriétés géométriques, chimiques et mécaniques des matériaux élaborés par TPS. Par exemple, la vibrométrie laser a été utilisée pour la première fois afin de sonder de façon non-invasive les propriétés mécaniques de microstructures réalisées par TPS. Dans un second temps, ce travail a été mis à profit pour étudier l’impact du processus de fabrication (i.e. conditions photoniques) ainsi que des paramètres physico-chimiques affectant la photoréaction (i.e. inhibition par oxygène et nature du monomère) sur les propriétés finales des matériaux. Enfin, en s’appuyant sur les résultats obtenus, des microcapteurs chimiques à base de MIP, à lecture optique ou mécanique, ont été fabriqués. Leurs propriétés de reconnaissance moléculaire, ainsi que leurs sélectivités ont été démontrées pour une molécule cible modèle (D-L-Phe)
The two-photon stereolithography (TPS) technique is a micro-nanofabrication method based on photopolymerization by two-photon absorption that allows in a single manufacturing step to obtain complex 3D structures with high-resolution details (sub-100nm). Due to the specific conditions of TPS process (intense photon flux, spatial confinement of the photoreaction…) one of the main concerns today is the development of functional materials compatible with the TPS. According to the aforementioned, the general objective of this thesis was to develop new functional materials based on molecularly imprinted polymers (MIP) to elaborate chemical microsensors. In the first step of this work, different methods were implemented to characterize the geometrical, chemical and mechanical properties of the materials synthesized by TPS. For example, laser-Doppler vibrometry was used for first time to evaluate the mechanical properties of microstructures fabricated by TPS in a non-invasive way. In the second step, the characterization methodology was used to study the impact of the manufacturing process (i.e. photonic conditions) and the physicochemical parameters that affect the photoreaction (i.e. oxygen inhibition and the nature of the monomer) and the final properties of the materials. Finally, the obtained results enabled the prototyping of chemical microsensors based on MIP. Their molecular recognition properties and their selectivity were demonstrated for the molecule (D-L-Phe) by an optical and a mechanical sensing method

La construction d’un NSOM, dans ce manuscrit de thèse, est décrite en détail. Lacombinaison du système NSOM construit avec un interféromètre est proposée afin d’accéderà des mesures de phase, à la fois de ultra-haute sensibilité mais également de très granderésolution spatiale. Le nom de l’instrument développé est un interferomètre optique àbalayage en champ proche (NSOI, pour l’acronyme en anglais). Le principe est basé surl’utilisation d’un diapason accordable en cristal de quartz, sur lequel se trouve une pointe,afin de sonder le matériau étudié. La mesure de la force de cisaillement de la pointe sondeau voisinage de la surface permet d’assurer la régulation et la stabilité de la distance depositionnement de la pointe par rapport à la surface considérée. Le dispositif est construit encombinant différents éléments électroniques pilotés par un logiciel développé en langageLab-VIEW. Le bruit de la mesure en NSOI est supprimé par un calcul simple basé sur lathéorie de l’optique ondulatoire et des interférences associées. Le système permet deréaliser des mesures optiques en champ proche ainsi que la détermination en hauterésolution de la phase du champ optique. L’échantillon SNG01 (l’un des réseaux utilisés pourcaractériser notre microscope à balayage en champ proche), ainsi que des disques optiques(CD, DVD and disques blu-ray) ont été utilisés pour tester la faisabilité et les performancesde notre système.Dans ce manuscrit de thèse, le graphène et les monocouches de MoS2 sont étudiés. Nous montrons qu’une épaisseur à l’échelle atomique peut être résolue par notresystème NSOI, avec l’utilisation de l’algorithme de suppression du bruit de mesure. Lesjoints de grain du graphène sont observés à grande échelle, via la technique d’imagerie parcollection en champ proche et par la réalisation de cartographies de phase. En particulier,les tensions internes à une couche de graphène sont observées, uniquement dans le casd’une imagerie de phase
In this thesis, near-field scanning optical interferometry (NSOI), which combinesNSOM with interferometer, is proposed for the phase measurement. The shear-forcedetection scheme is applied for distance regulation. The hardware of the systemis constructed by combining various electronic devices, and the operating softwareis coded by LabVIEW. Unwanted background signal is removed by simple calculationbased on interference theory. By using this, the near-field optical measurementand the ultra-sensitive phase investigation of nano-materials are performed. 2D materialssuch as graphene and monolayer MoS2 are investigated. It is shown thatatomic-scale thickness can be resolved by the NSOI. Especially, the grain boundariesof graphene and the seed of MoS2 can be found by phase detection. In addition,direct laser writing (DLW) on silver-containing glass is observed by using NSOM,and NSOI. For the first time, the writing threshold is correlatively observed in thefluorescence imaging and the near-field phase image