Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1047-1054 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:019880023060104700

Spreading of non volatile liquids on smooth solid surfaces : role of long range forces

L. Léger¹, M. Erman², A.M. Guinet-Picart², D. Ausserre³, C. Strazielle⁴, J.J. Benattar⁵, F. Rieutord⁵, J. Daillant⁵ et L. Bosio<sup>6

1</sup>  Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Collège de France, Associated with C.N.R.S., UA 792, 75231 Paris Cedex 05, France
²  Laboratoire d'Electronique et de Physique Appliquée, 3 Avenue Descartes, 94451 Limeil-Brévannes Cedex, France
³  IBM Research, Almaden Research Center, 650 Harry Road, San Jose, California 95120-6099, USA
⁴  Institut Charles Sadron, C.N.R.S., 6 rue Boussingault, 67083 Strasbourg, France
⁵  Department PhG/SPRSRM, C.E.N. Saclay, 91190 Gif-sur-Yvette, France
⁶  ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 Paris Cedex 05, France

Abstract
We present an experimental investigation of the spreading of non volatile polydimethylsiloxane drops on smooth horizontal silicone wafers. We distinguish the macroscopic part of the drop which can be seen by bare eye (or through a microscope) from the microscopic part, or precursor film, which progressively extends like a thin liquid tongue (thickness smaller than 1 000 A) all around the drop. The macroscopic drop spreads independently of the spreading parameter, in opposition to the precursor film which appears deeply influenced by the surface energies. We have characterized this precursor film (both its profile and its time evolution) by complementary techniques such as ellipsocontrast microscopic observations, spatially resolved ellipsometry, X-rays reflectivity. The results will be compared with recent theoretical predictions, and specific polymeric effects will be emphasized.

Résumé
Nous présentons une étude expérimentale de l'étalement de gouttes de polydiméthyl siloxane (liquide non volatile) sur la surface de pastilles de silicium (surface lisse, chimiquement bien contrôlée). La partie macroscopique de la goutte (qui peut être observée à l'oeil nu ou au microscope) a un comportement nettement distinct de celui de la partie microscopique, ou film précurseur, qui se développe lentement comme une fine langue de liquide (épaisseur plus petite que 1 000 A) tout autour de la goutte. L'étalement de la goutte macroscopique ne dépend pas du paramètre d'étalement tandis que le film précurseur est profondément influencé par les énergies de surface. Nous avons caractérisé ce film précurseur (profil et cinétiques d'évolution) par des techniques complémentaires telles que l'observation en lumière réfléchie polarisée sous microscope, l'ellipsométrie résolue spatialement et la réflectivité des rayons X. Les résultats sont comparés à des modèles théoriques récents et montrent des effets spécifiquement polymères.

PACS
6810C - Fluid surface energy surface tension, interface tension, angle of contact, etc..
6810G - Fluid interface activity, spreading.
6815 - Liquid thin films.
6860 - Physical properties of thin films, nonelectronic.

Key words
drops -- surface tension -- thin films -- van der Waals forces -- wetting -- long range forces -- polydimethylsiloxane drops -- silicone wafers -- precursor film -- macroscopic drop -- spreading parameter -- surface energies -- ellipsocontrast microscopic observations -- spatially resolved ellipsometry -- X rays reflectivity -- polymeric effects