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1 ISIR - Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique

Abstract : Nanosciences have shown increasing interest in the potential of bidimensional objects. A very good example of this is graphene, which was recently isolated. As it benefi ts from both a higher mechanical resistance than steel and a very high conductivity, it appears as a strong candidate for many applications. However, using and fully exploiting these objects requires an in-depth study of their physical behaviour. Bidimensional objects are plane structures such as films and membranes : they are nanometrically thin. The area of contact with a surface is therefore maximised. As the microworld is largely dominated by surface forces, their adhesion on substrates is also maximised. Their study requires the ability to transfer, observe and characterise this kind of samples. This PhD thesis is structured around 3 steps : setting up a robotised method to transfer thin films under an optical microscope ; designing a multi-tool characterisation platform under an electronic microscope, as well as tools to improve observation under such a microscope ; to illustrate the proposed methods, characterising the sti ness of membranes. This PhD work showcases the diffi culties related to bidimensional objects as well as their high potential. As such, it emphasises the importance of using tools designed with the manipulation of such samples in mind. Finally, it stands as a proof-of-concept of the selected robotic methods and opens up many prospective applications based on the tools designed for the study of the aforementioned membranes.

Résumé : Les nanosciences s-intéressent de plus en plus aux forts potentiels des objets surfaciques. Isolé récemment, le graphène en constitue un très bon exemple. Fort d-une résistance mécanique supérieure à celle de l-acier et d-une conductivité très élevée, il apparaît comme un candidat prometteur pour de nombreuses applications. Cependant, l-utilisation et l-exploitation de ce type d-objet requièrent une étude approfondie pour comprendre leurs comportements physiques. Par définition les objets surfaciques ont une géométrie assimilable à une structure plane comme un film ou une membrane. Ils possèdent deux dimensions de taille micrométrique nettement supérieures à la troisième de taille nanométrique. Les objets surfaciques maximisent donc leurs surfaces de contact. Comme le micromonde est largement dominé par les forces surfaciques, ces échantillons maximisent les forces d-adhésion avec un substrat. Leurs études passent donc par la capacité à transférer, à observer et à caractériser cette classe d-échantillons. Cette thèse s-articule autour de ces 3 points clefs : la mise au point d-une méthode robotisée de transfert de films fins sous microscopie optique; la conception d-une plateforme multi-outils de caractérisation sous microscopie électronique et également d-outils pour améliorer l-observation sous cette microscopie; la caractérisation en raideur de membrane comme illustration des développements proposés. Cette thèse montre les difficultés inhérentes aux objets surfaciques mais aussi leurs forts potentiels. Par extension, elle démontre l-importance de posséder des outils adaptés à cette classe d-échantillons. En fin, elle montre la faisabilité des approches robotiques retenues et ouvre de nombreuses perspectives à partir des outils développés pour les différentes phases d-études de ces membranes.

en fr

Keywords : micro-manipulation thin film virtual reality characterization platform transfer adhesion design

Mots-clés : conception film fin réalité virtuelle caractérisation plateforme transfert collage





Author: Bruno Sauvet -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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