La problématique ?
Le fabricant de masques de ski souhaite développer une nouvelle génération de masques (#R&D) haut de gamme intégrant des fonctionnalités innovantes pour améliorer l'expérience utilisateur. Ces masques doivent notamment être équipés d’un revêtement conducteur transparent permettant :
- la gestion de la formation de buée
- une résistance accrue aux rayures et à l'usure pour répondre aux exigences des activités sportives en extérieur
- un design léger et flexible adapté aux contraintes ergonomiques, tout en maintenant une excellente qualité optique.
Cependant, le choix des matériaux de base, en particulier entre des substrats rigides (comme le verre minéral) et flexibles (comme le PET), influence fortement la qualité du dépôt d’oxyde métallique utilisé pour ces fonctionnalités.
Objectifs : comparer la qualité d'un dépôt d’oxyde métallique sur deux types de substrats : un verre minéral et un verre en PET (polyéthylène téréphtalate). Cette comparaison est effectuée à l'aide d'analyses topographiques et électriques afin de caractériser l'homogénéité et les propriétés conductrices du revêtement.
Démarche méthodologique
- Préparation des échantillons
Les dépôts d'oxyde métallique sont appliqués sur deux substrats :
Un verre minéral : ce type de verre est choisi pour sa surface rigide et stable, offrant une base idéale pour l'application homogène d'un revêtement mince.
Un verre en PET : le PET, matériau polymère flexible, est largement utilisé dans les applications où la légèreté et la résistance sont nécessaires, mais il présente des contraintes pour l'uniformité des dépôts minces.
Trois zones distinctes sont étudiées pour chaque substrat afin d'assurer la représentativité des résultats. Ces zones sont choisies de manière aléatoire tout en évitant les bords, pour minimiser les biais liés à des conditions non homogènes.
- Analyses par microscope à force atomique (AFM)
Mode non-contact : ce mode permet d'obtenir une cartographie 3D précise de la surface des échantillons. Ces images sont exploitées pour évaluer l'homogénéité du dépôt d'oxyde métallique sur chaque substrat. Les paramètres topographiques tels que la rugosité moyenne et les variations locales sont analysés.
Mode électrique : ce mode permet de mesurer les propriétés de conductivité électrique des revêtements d'oxyde métallique. Etant donné que l'oxyde métallique est un matériau conducteur, des différences de réponse électrique entre les échantillons peuvent refléter des variations de qualité du dépôt.
Résultats
1. Analyse topographique
Les cartes 3D obtenues en mode non-contact ont révélé les différences suivantes :
Verre minéral : le dépôt d’oxyde métallique est très homogène, avec la présence continue de grains d’une centaine de nanomètres de diamètre. Les mesures de rugosité moyenne donnent des résultats similaires. Cela indique que le revêtement est de bonne qualité sur ce substrat.
Verre en PET : des défauts sont observés sur la surface du revêtement, indiquant une moindre homogénéité. Les zones de défauts incluent des irrégularités dans l'épaisseur du dépôt, qui peuvent être attribuées à des contraintes liées à la flexibilité du substrat.
2. Analyse électrique
Les mesures électriques montrent une conductivité significativement plus élevée pour le dépôt sur le verre minéral par rapport au verre en PET. Cette différence est attribuée à :
- La continuité structurelle du dépôt sur le verre minéral
- Les irrégularités présentes sur le verre en PET, qui peuvent provoquer des ruptures locales dans le réseau conducteur de l'oxyde métallique.
3. Synthèse des observations
Les analyses topographiques et électriques concordent et indiquent que :
- Le dépôt d'oxyde métallique est plus homogène et présente de meilleures propriétés conductrices sur le verre minéral.
- Le revêtement sur le verre en PET présente des défauts structurels et ressemble à des trous ce qui impactent négativement sa qualité globale. Ces trous pourraient être réduits par des ajustements dans les paramètres de dépôt ou le traitement préalable du substrat en PET.
Conclusion
Cette étude met en évidence les différences significatives de qualité entre les dépôts d’oxyde métallique réalisés sur deux types de substrats, le verre minéral et le verre en PET, dans le contexte du développement de masques de ski haut de gamme.
Les analyses topographiques et électriques réalisées par microscope à force atomique (AFM) montrent que :
- Le verre minéral offre une surface rigide et stable qui favorise un dépôt homogène et lisse. Cette homogénéité structurelle se traduit par une conductivité électrique élevée, essentielle pour garantir les performances du revêtement, notamment dans les applications chauffantes antibuée.
- Le verre en PET, bien que léger et flexible, présente des irrégularités dans le dépôt d'oxyde métallique. Ces défauts ressemblant à des trous impactent à la fois l'homogénéité et la conductivité électrique, rendant ce substrat moins performant dans son état actuel.
Implications pour le développement des masques de ski
Les résultats montrent que le verre minéral est le choix optimal pour garantir un revêtement de haute qualité, mais son poids et sa rigidité peuvent limiter son utilisation dans des masques de ski. En revanche, des solutions d'amélioration pour le verre en PET, telles que des traitements de surface ou des optimisations des paramètres de dépôt, pourraient en faire un candidat viable.
En conclusion, cette étude guide le fabricant dans ses choix stratégiques et souligne la nécessité d’un compromis entre les performances techniques et les contraintes ergonomiques propres aux équipements de sport de haute performance.
Pour toutes questions relatives à cette étude de cas, nous vous invitons à nous contacter directement sur contact@filab.fr.
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