Équipements

Système d’électrofilage

Cette technique est aussi appelée filage électrostatique. Elle permet de fabriquer des membranes de polymères à partir de fibres synthétiques continues non-tissées dont le diamètre varie de quelques nanomètres à quelques microns. Le principe de cette technique est basé sur l’étirage d’un jet de solution polymérique par le biais d’un champ électrique. Une tension électrique élevée, de l’ordre de plusieurs milliers de Volts est utilisée.

Le montage standard du système d’électrofilage que nous utilisons comprend:

-Une alimentation à un générateur de haute tension (~50kV) « modèle WH50P10 »  fournit par Glassman High Voltage Inc.

-Une pompe à infusion (modèle NE-300) engendrant une pression. constante pour délivrer la solution à travers l’aiguille métallique de la seringue.

-Une seringue qui maintient et charge la solution polymérique.

-Un système de chauffage.

Une laque collectrice afin de récupérer les des fibres.

Mélangeur à ultrasons ( Sonicateur)

D’une grande utilité lors de nos formulations de revêtements au laboratoire, cette unité émet des ondes ultrasonores pour extraire, infuser, homogénéiser, émulsionner, suspendre, dégazer divers types de mélange liquides. Cet appareil est munie d’une sonde qui permet de contrôler l’élévation de température qui est générée en quelques minutes par les ultrasons est très idéal pour une meilleure dispersion des particules.

Notre laboratoire est muni du récent modèle «Sonic Dismembrator 705 » fournit par Fisher Scientific à ultra-haute puissance:

– Tension: 117v;

– Fréquence 50 / 60hz;

– La sonde de 1/21/2 po.

Unité d’anodisation

L’anodisation est un traitement de la surface d’un métal généralement rélié à une électrode positive afin de protéger ou créer des micro/nano textures sur la surface de ces matériaux comme l’aluminium, le titane, …etc.

Le système standard proposé par notre laboratoire se compose:

-Un bain électrolytique d’anodisation à base d’une solution d’acide;

-Un agitateur mécanique;

-Une cathode ou électrode négative où l’hydrogène est produite  et à travers laquelle circule le courant. (l’aluminium traité étant l’anode);

-Un système de refroidissement à eau dans un tube hélicoïdal de PVC d’une alimentation électrique.

Four à convection naturelle et à capacité sous vide

Toutes nos unités sont standardisées et sont suivis régulièrement pour veiller à leur conformité selon les normes en vigueur.

Il dispose d’un système de contrôle avec un microprocesseur PID intégré pour un fonctionnement sécuritaire en sorte que la sécurité de la température dépasse les  normes de contrôles de la Classe II DIN.

C’est un équipement pratique qui assure l’aspiration de vapeur de cuisson lorsqu’il est connecté à une pompe sous-vide et l’aération de l’enceinte par un système de ventilation intégré.

Son employabilité: Incubation, cuisson des revêtements, évacuation des gaz ou bulles contenues dans les formulations, réalisation de tests de résistances thermiques.

Autres caractéristiques

Minuteur: pour allumer ou éteindre l’appareil, 99h 99min

Amplitude thermique: de +25 à +250°C

Données d’aspiration faciles à lire: 1 – 76 cmHg

Broyeur planétaire à billes

Comme décrit par le fabricant, ce broyeur planétaire à bille sert à une grande variété d’applications. Nous l’utilisons pour le broyage très rapide et très fin de substances solides en suspension ou d’échantillons secs.

Il est beaucoup utilisé notamment dans divers domaines de la géologie, des mines, de la métallurgie, de l’électronique, des matériaux de construction, de la céramique, du génie chimique.

C‘est un outil fabriqué au Canada indispensable pour un laboratoire de nanosciences.

Homogénéiseur portatif munie d’une sonde en acier

Cet appareil est conçu pour générer une agitation afin émulsifier ou homogénéiser un large éventail d’échantillons liquides ayant des volumes allant de 0,2 ml à 10 L. La vitesse d’agitation varie entre 5,000 to 25,000 rpm en fonction de la viscosité de l’échantillon.

Machine à enduction par centrifugation

Cet équipement fait partie des appareils dont nous disposons pour l’application des revêtements que nous développons sur différents substrats. Cette machine utilise une technique qui consiste à former une couche mince et uniforme, par épandage d’une solution de la substance du revêtement sur la surface plane d’un substrat qui tourne à vitesse élevée pendant une durée déterminé par l’utilisateur. La viscosité de la solution, la vitesse et la durée de rotation détermine l’épaisseur du revêtement.

Réacteur à plasma à la pression atmosphérique

Ce réacteur permet de réaliser la polymérisation et le traitement de surface à l’aide d’un jet de plasma à pression atmosphérique. Il s’agit du modèle très prisé « Plasmatreater AS400 (GmbH, Germany) » équipé d’un système de mouvement tridimensionnel (X-Y-Z) pour déterminer les paramètres optimaux de traitement librement configurables. Dans ce procédé, les paramètres du plasma peuvent être ajustés via l’interface d’un logiciel conçut pour contrôler les différents aspects liés à la génération de plasma et à la polymérisation.

La polymérisation par plasma sous la pression atmosphérique peut être avantageuse en raison de sa faible consommation énergétique, des durées de traitement plus courts. Cette dernière technique présente également la possibilité d’avoir dans des conditions uniques des nano-revêtements expérimentaux et des surfaces fonctionnalisées.

Goniomètre

Les mesures de l’angle de contact statique et l’hystérésis de l’angle de contact sont effectuées en utilisant un goniomètre “KRUSS™ DSA100” équipé d’une caméra vidéo. L’image de la goutte d’eau reposant sur la surface est récupérée et utilisée pour calculer la valeur de l’angle de contact à l’aide du logiciel «Droplet Shape Analyzer».

Cet équipement nous permet également d’évaluer l’énergie de surface des revêtements  que nous produisons au laboratoire.

La version de l’instrument dont nous disposons a été également équipé d’une mini-chambre froide qui comprend un module Peltier et un contrôleur pouvant réguler la température jusqu’à -30°C avec une précision de contrôle de 0,1 ° C. Ainsi, afin de déterminer la capacité glaciophobe des surfaces développées, l’angle de contact de l’eau à basse température de même que le temps de retard de congélation sont mesurées.

Potentiostat

C’est un appareil très utile dans les applications anti-corrosion. Le potentiostat permet de réaliser des expériences électrochimiques et mesurer le potentiel des revêtements nécessaire à évaluer leur pouvoir anti-corrosif.  Le  modèle disponible dans notre laboratoire est une version de qualité supérieure très prisé dans le domaine de recherche scientifique avec une plage de 500mA à 10A. Il possède aussi la possibilité de réaliser des expériences de Spectroscopie d’Impédance Électrochimique qui permet par exemple d’étudier l’efficacité et la dégradation de revêtements protecteurs.

Microscope optique polarisant

Cette version de microscope optique polarisant est un vrai outil de confort. E600 POL utilise une source de lumière d’éclairage ultra stable de 12 volts qui renvoie un faisceau de lumière polarisé afin d’observer des éléments avec une vue particulière. Cette source offre une puissance de 100 watts produisant un éclairage de haute qualité microscopique. Des objectifs à différentes résolutions allant de 4x à 100x.

Machine à vieillissement accéléré par rayonnement ultraviolet

L’étude de la durabilité de la surface développée au sein du laboratoire sous l’effet des conditions environnementales externes  requiert la simulation de ces conditions naturelles à l’échelle de laboratoire. Dans cette optique, une chambre climatique  de vieillissement accélérée QUV fabriqué par Q-LAB (USA) est utilisé. Cette dernière est capable de reproduire l’exposition aux rayons Ultraviolet (UV) du soleil ainsi que l’humidité relativement élevée en période estivale grâce à une alternance entre les cycles de rayonnement et de condensation.

L’opération de ladite machine se fait conformément à la norme en vigueur ASTM G154 – 16.

Microtomographe aux rayons X

La microtomographie à rayon X permet essentiellement de reconstituer en trois dimensions un échantillon à partir de radiographies effectuées sur une plage de 180°.

Le microtomographe Skyscan 1172 présent au sein du laboratoire permet l’étude d’échantillons et de différents matériaux dont le but est d’obtenir de l’information sur leur morphologie interne. Toutefois, les échantillons analysés doivent offrir suffisamment de transparence aux rayons X auxquels ils sont soumis. Ce système peut être utilisé à la température inférieure à zéro pour étudier les caractéristiques de l’interface entre la glace et les substrats.

Spectroscope photo-électronique à rayon X (XPS)

La spectroscopie est une technique utile pour détecter la composition chimique et évaluer les états de liaison chimique ainsi que la structure électronique à la surface des revêtement.

Notre système spectroscopie photoélectronique (PS) /spectroscopie électronique Auger (AES) a été conjointement fabriqué par Staib Instruments GmbH (Allemagne) et Plasmonique Inc. (Québec, Canada) spécialement pour les applications de notre laboratoire. Ce système en duo possède deux différentes chambres latérales qui peuvent être employées pour préparer les échantillons à analyser. Ces deux chambres sont équipées d’un réacteur de pulvérisation magnétron, d’un générateur à plasma et d’un faisceau ionique. Les spectres obtenus par spectroscopie à rayons X et spectroscopie électronique Auger sont analysés ultérieurement avec “CasaXPS” qui est un logiciel d’analyse développé par Casa Software Ltd. (UK).

Spectroscopie électronique Auger est une méthode analytique courante dans l’étude des surfaces  notamment en ingénierie des matériaux.

Système de moulage par compression

Une machine à compression de matériaux fabriquée par Carver Inc. USA est utilisée comme un procédé flexible et approprié pour la fabrication d’une large gamme de surfaces micro/nano structurés. La capacité maximale de pression de la machine est de 15 tonnes avec une force de compression variant entre 700 à 43 700 lb.

Cette machine est également équipée de deux plateaux dont la température peuvent atteindre 350°C. Les dimensions de sa cavité fonctionnelle sont de 25 mm × 25 mm × 6.5 mm.

Mesure de l’adhésion de la glace – Test de cisaillement (Push-off)

Les mesures d’adhérence de la glace sont effectuées sur des revêtements développés dans notre laboratoire à l’aide d’un test push-off désignant l’action d’exercer une contrainte de cisaillement nécessaire pour provoquer le retrait de la glace. L’eau liquide est congelée à -10°C dans des moules cylindriques sur les surfaces des échantillons dans une chambre froide . Une probe mesure directement la force maximale nécessaire pour détacher le bloc de glace reposant à la surface du revêtement où il a solidifié. Les mesures sont affichées directement sur le logiciel EDMS puis converties en contrainte de cisaillement.

Caméra à haute vitesse

La caméra “Photron SA 1.1” à haute Vitesse est capable d’effectuer l’enregistrement de 600 000 images par secondes.

C’est ce puissant outil de précision qui nous permet d’évaluer le phénomène d’impact de la goutte d’eau sur les surfaces généralement superhydrophobes.

Imprimante 3D

La version Sonic Mini 4K est celle d’une imprimante 3D 4K, offrent une résolution ultra-haute avec 722 PPI, L’imprimante offre une résolution 4K à 35 µm avec une zone d’impression de 6,1 pouces. Grâce à la technologie LCD monochrome et ses LED ultrapuissantes, le Sonic Mini 4K est capable d’imprimer une couche de revêtement à partir d’une résine en quelques secondes.

Système d’étude de nucléation et d’adhésion de la glace

Ce système a été assemblé par l’équipe de l’Université du Québec à Chicoutimi (UQAC). Il nous permet d’étudier l’impact des caractéristiques de la surface (la mouillabilité, la topographie et les propriétés des gouttelettes de liquide) et des conditions environnementales sur la nucléation et le processus d’adhésion de la glace.

Unité de polissage de surface

Le système de Struer constitué de TegraPol-31 (polisseur) and TegraForce-5 (broyeur) est modulaire et adaptable qui peut être utilisé pour plusieurs applications.

Nous l’utilisons pour le polissage des échantillons afin d’obtenir des aspects allant du fini mat au fini miroir.

Système de micro-injection (HAAKE MiniJet Pro)

Le système HAAKE MiniJet Pro est un système de moulage par injection. Dans ce système, par rapport aux systèmes de moulage par injection conventionnelles, la consommation de matériau est considérablement réduite en raison du volume réduit du cylindre et d’un transport presque complet du matériau dans le moule, ce qui entraîne une perte et un gaspillage minimes.

Ce système peut gérer jusqu’à 1100 bars, permettant de travailler avec des matériaux très visqueux. Ce système de moulage par injection peut être utilisé en conjonction avec des systèmes de Micro-compounder (également disponibles chez LARGIS), ce qui en fait un outil complémentaire idéal pour le mélange et la préparation d’échantillons.

Certaines des caractéristiques de ce système de moulage par injection sont les suivantes :

• Chargement simple des poudres et des granules dans le cylindre du système
• Retrait rapide et facile du cylindre chauffé pour les applications de fusion lors de la connexion au HAAKE MiniLab ou à d’autres systèmes d’extrusion
• Moules interchangeables : géométries d’échantillons proposées, du moule standard au moule unique et personnalisé

Micro-compounder (HAAKE MiniCTW)

La recherche et le développement dans le domaine de la science des polymères et des matériaux hybrides nécessitent généralement d’optimiser ou d’améliorer leurs propriétés en introduisant des additifs, des charges ou des fibres. Par conséquent, une configuration de compoundage à l’échelle du laboratoire avec une large gamme d’accessoires est nécessaire. Le Thermo Scientific HAAKE MiniCTW est un Micro-compounder pour le mélange et l’extrusion de très petites quantités de matériau (environ 5 g). Ce système peut être un atout majeur lors de la composition de matériaux coûteux ou à petite échelle tels que les nano-composites ou les polymères techniques. L’instrument est basé sur une technologie éprouvée à double vis conique avec des vis corotative et contrarotative, et il fonctionne comme une unité autonome avec exportation de données.

Profilomètre

Le Profilomètre optique (Profilm3D Filmetrics®, USA) est utilisé pour quantifier la topographie de surface et l’épaisseur de film pour une large gamme de matériaux en analysant leurs profils de surface. La rugosité est mesurée en capturant les profils 3D des structures de surface à l’aide d’une interférométrie à lumière blanche (WLI) pour mesurer les profils de surface et la rugosité jusqu’à 50 nm ; l’option PSI est ajoutée pour mesurer à 0,001 µm.

Cet appareil est équipé par un système d’isolation de vibrations Accurion Nano 30.

Calorimètre différentielle à balayage (Instrument TA Discovery DSC 250) équipé d’un microscope

Ce calorimètre DSC est muni d’un système de refroidissement réfrigéré 90 (RSC90). Cette configuration peut être employée dans la réalisation d’expériences nécessitant des gammes de températures comprises entre -90°C et 550°C. La vitesse maximale de refroidissement est ajustée en fonction de la plage de température spécifiée pour l’expérience. Mais le système est généralement calibré pour des mesures entre -90°C et 400°C e plus, le taux de refroidissement maximal de service est déterminé en fonction de la plage de fonctionnement requise pour l’expérience.

Lors des essais utilisant le calorimètre à balayage différentielle TA instrument, l’accessoire de microscope collecte des données visuelles d’échantillons sous forme d’images statiques ou de vidéo. Grâce à la caméra du microscope qui est activée durant l’expérience, la visualisation du comportement thermique en temps réel du matériau est possible. Les événements ou pics qui apparaissent dans les données de flux de chaleur peuvent être confirmés ou mieux interprétés avec l’image ou la vidéo de coordination du changement physique qui peut également se produire. Les supports visuels collectés peuvent être utilisés pour montrer avec précision certains des phénomènes physiques bordés de manière théorique uniquement auparavant en raison du manque de preuves visuelles concrètes qu’une trace de flux de chaleur seule n’a pas les capacités de montrer.

Abrasimètre rotatif Taber®

L’abrasimètre rotatif Taber® est l’appareil à usage industriel le plus répandu dans le monde pour des essais d’abrasion sur les céramiques, les plastiques, les textiles, les métaux, le cuir, le caoutchouc, les peintures, les revêtements, … etc. Le domaine d’application est très vaste grâce aux différents porte-échantillons. La charge applicable sur les roues peut être ajustée à 250 g, 500 g ou 1000 g. L’échantillon à tester est fixé sur un plateau tournant autour d’un axe vertical et soumis à l’action de deux meules abrasives opposées tournant à contre sens et à pression variable. L’une gratte l’éprouvette vers l’extérieur c’est-à-dire vers la périphérie et l’autre vers l’intérieur en allant vers le centre. Les spécimens sont abrasés à plusieurs reprises pendant un nombre défini de cycles de rotation, généralement 500, 1 000 voire 5 000 cycles. Et le poids des éprouvettes est enregistré au fur et à mesure. En sorte que la résistance à l’abrasion (usure) est calculée comme la perte de poids à un nombre spécifié de cycles d’abrasion (perte de poids par cycle) ou le nombre de cycles nécessaires pour éliminer une quantité unitaire d’épaisseur de revêtement.

Testeur de dureté pendulaire

C’est un instrument entièrement automatisé pour la mesure de la dureté pendulaire selon les méthodes König et Persoz en conformité avec les normes ASTM D4366 and ISO 1522. Il convient pour des échantillons ayant des dimensions géométriques spécifiques telles que:

• 65mm x 75mm (2,6 x 3,0 pouces) ≤ Taille de l’échantillon ≤ 102mm x 229mm (4,0 x 9,0 pouces);
• Déterminée par la rigidité de l’échantillon ≤ Épaisseur de l’échantillon ≤ 8,5mm (0,33 pouces)

Testeur d’adhérence par la méthode d’arrachement : Pull-off test

Le testeur d’adhérence mesure la force des liaisons entre le revêtement et le substrat en conformité avec la norme ASTM D4541-22.

Testeur d’adhérence par hachures croisées Top-tool avec lames de 1 mm/2 mm/3 mm.

Ce testeur par hachures croisées est idéal pour mesurer l’adhérence des revêtements jusqu’à 60 µm (2,4 mils) d’épaisseur minimales sur des surfaces planes et des panneaux d’essais,