Une technique d'imagerie de surface met en lumière des améliorations potentielles dans la production de plastiques
Le laser à électrons libres FLASH de DESY montre les changements chimiques dans les surfaces
Prenons l'humble emballage alimentaire en plastique. Il peut sembler être un simple film transparent qui enveloppe une miche de pain ou des bonbons aux fruits, mais ces films sont moins simplement composés qu'il n'y paraît. Chaque couche individuelle doit être traitée chimiquement pour qu'elle adhère bien à la suivante. Dans leurs efforts pour adapter une méthode établie d'analyse par rayons X aux lasers à rayons X, les scientifiques de DESY, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Leibniz pour la science et la technologie des plasmas à Greifswald, en Allemagne, ont fini par montrer des améliorations potentielles dans la préparation de ces films plastiques en polyéthylène téréphtalate (PET). L'équipe présente ses résultats dans la revue Polymers.
Les emballages sous film des médicaments (blisters) sont souvent fabriqués en plastique PET.
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Le PET est un matériau très courant, utilisé non seulement dans les emballages alimentaires mais aussi, par exemple, dans les emballages de médicaments, les rubans adhésifs, les condensateurs électriques et de nombreux autres matériaux de la vie quotidienne. "Ces articles sont généralement constitués de couches complexes de différents films et autres matériaux", explique Elke Plönjes, chercheuse au DESY, qui a dirigé l'étude. À cette fin, les fabricants traitent les différentes couches minces de plastique par des décharges électriques au plasma afin de modifier la composition chimique de la surface du plastique de telle sorte que le collage ou l'impression deviennent possibles.
L'équipe de Plönjes a examiné les surfaces des couches à FLASH en utilisant une technique connue sous le nom de ptychographie à rayons X. La ptychographie est une méthode d'imagerie par rayons X qui ne nécessite pas de lentilles optiques et permet d'obtenir une très haute résolution spatiale. Alors que la ptychographie est une technique établie pour les sources de rayonnement X telles que l'anneau de stockage PETRA III de DESY, elle est actuellement développée pour les lasers à électrons libres. Les lasers à électrons libres (FEL) génèrent des éclairs de rayons X en envoyant des paquets d'électrons fortement accélérés sur un parcours de slalom magnétique. À chaque tour, les électrons rapides émettent des rayons X qui s'additionnent pour former un flash de type laser. De cette manière, le laser à électrons libres FLASH de DESY génère des rayons X dits mous, dont l'énergie est supérieure à celle de la lumière ultraviolette (UV).
Les chercheurs ont comparé les structures de surface de films qui avaient été traités par deux procédés plasma différents. L'un des échantillons avait subi le procédé le plus largement utilisé dans l'industrie, connu sous le nom de traitement corona. L'autre est un procédé récemment développé qui traite les films avec un plasma presque cent fois plus intense, mais pendant une durée plus courte. À titre de référence, l'équipe a également examiné des films non traités. L'objectif était de déterminer s'il existait des différences de l'ordre du micromètre entre les deux techniques et l'échantillon non traité.
L'analyse, combinée à d'autres tests en laboratoire à Greifswald, montre que l'ajustement du processus de traitement entraîne même davantage de modifications de surface souhaitées avec le même apport d'énergie, ce qui peut améliorer les propriétés adhésives de la couche de film. Cela ouvre à son tour la possibilité d'économiser des traitements chimiques supplémentaires de la surface du film, qui sont souvent encore nécessaires aujourd'hui. "Dans l'ensemble, le résultat est la possibilité de produire de meilleurs films avec moins d'efforts", explique M. Plönjes. "Cela peut être d'un grand intérêt pour l'industrie".
L'étude marque la première fois que les chercheurs ont utilisé la technique de ptychographie par rayons X sur le laser à électrons libres FLASH. "Traditionnellement, la ptychographie a été utilisée principalement sur des synchrotrons tels que PETRA III, où le faisceau de rayons X est très stable par rapport aux lasers à électrons libres. Nous avons étudié comment adapter la méthode aux lasers à électrons libres", explique Mme Plönjes. "Les lasers à électrons libres ont des impulsions extrêmement intenses et très courtes qui nous permettent d'étudier les processus dynamiques." Dans le même temps, cependant, les impulsions lumineuses des lasers à électrons libres présentent des fluctuations plus fortes, de sorte que le groupe FLASH a dû développer des algorithmes spéciaux pour extraire l'image de la surface à partir des données mesurées.
Ces premières expériences de ptychographie à FLASH montrent le potentiel de cette technique sur les lasers à électrons libres, même pour l'étude d'autres matériaux. "Avec la ptychographie aux rayons X, nous avons pu imager la structure tridimensionnelle de la surface du PET sur une plus grande surface avec une résolution similaire à celle de la microscopie électronique", explique Plönjes. "Même dans ces échantillons très lisses avec seulement des changements mineurs à la surface, nous avons pu les visualiser et étudier la qualité de la surface en détail."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
X-ray Ptychographic Imaging and Spectroscopic Studies of Plasma-Treated Plastic Films; Mehdi Ravandeh, Masoud Mehrjoo, Konstantin Kharitonov, Jan Schäfer, Antje Quade, Bruno Honnorat, Mabel Ruiz-Lopez, Barbara Keitel, Svea Kreis, Rui Pan, Seung-gi Gang, Kristian Wende, and Elke Plönjes; „Polymers“, 2022
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