Mikä on elektroforeettinen saostuminen?

Elektroforeettinen kerrostaminen (EPD) on menetelmä pinnoitteiden tai kalvojen valmistamiseksi sähköä johtaville kohteille tai joissakin tapauksissa erillisten komponenttien ja materiaalien luominen käyttämällä prosessia, jota kutsutaan elektroforeesiksi. Tämä termi kuvaa nesteen sähköisesti varautuneiden hiukkasten kulkeutumista kohti elektrodia sähkövirran vaikutuksesta. Pienillä nesteeseen suspendoituneilla hiukkasilla on usein positiivinen tai negatiivinen sähkövaraus, koska niiden molekyylit ovat vuorovaikutuksessa väliaineen molekyylien kanssa. Jos tasavirtaa syötetään suspensioon elektrodien avulla, hiukkaset liikkuvat kohti elektrodia vastakkaisella varauksella. Elektroforeesia käytetään yleisesti biokemiallisissa analyyseissä, ja siitä on tullut tärkeä osa monia teollisia prosesseja.

Elektroforeettinen pinnoitus, joka tunnetaan myös nimellä elektroforeettinen pinnoite tai e-pinnoite, käyttää päällystettävää kohdetta elektrodina, jolle vastakkain varautuneet hiukkaset kerrostetaan muodostaen kerroksen. Riippuen siitä, käytetäänkö positiivista vai negatiivista elektrodia, prosessia voidaan kutsua vastaavasti anodiseksi tai katodiseksi elektrodipositioksi. Jos hiukkaset olisivat normaalisti sähköisesti neutraaleja, yhdiste voidaan sitoa niihin, jolloin ne saavat sähkövarauksen suspensiossa. Tuloksena oleva sähköinen hylkäys hiukkasten välillä estää myös niiden kasaantumisen yhteen.

Tällä menetelmällä on monia sovelluksia, erityisesti nanoteknologiassa ja materiaalitieteessä. Toisin kuin galvanointi, EPD: tä voidaan käyttää laajan valikoiman ei-metallisten aineiden sekä metallien kerrostamiseen, ja se on suhteellisen nopea ja edullinen tapa eristää tai suojata pinnoite pienille sähkökomponenteille. Normaalisti pinnoitteella on kuitenkin suurempi sähkövastus kuin elektrodilla, joten prosessin jatkuessa virta pienenee vastuksen kasvaessa. Tämä saattaa asettaa rajoituksia sen käytölle.

On myös mahdollista poistaa saostuma elektrodista erillisen esineen muodostamiseksi. Esimerkiksi elektroforeettista kerrostumista voidaan käyttää suspendoituneiden hiilinanoputkien kerrostamiseksi tasaiselle elektrodille muodostaen ohut kalvo nanoputkista, jotka voidaan sitten irrottaa. Hiilinanoputkikalvoilla on monia sovelluksia, mukaan lukien ohutkalvoiset aurinkokennot, polttokennot ja kosketusnäytöt.

Elektroforeettinen saostaminen mahdollistaa myös uudenlaisten keraamisten materiaalien valmistuksen. Komposiittimateriaalit voidaan syntetisoida käyttämällä suspensiossa olevaa nanohiukkasten seosta, mikä johtaa esimerkiksi parempaan lujuuteen tai hyödyllisiin sähköisiin ominaisuuksiin. Toinen tärkeä sovellus on toiminnallisesti luokitellut materiaalit (FGM); On mahdollista luoda esineitä, jotka koostuvat kahdesta materiaalista, jotka eivät yleensä ole yhteensopivia, ehkä johtuen erilaisista lämpölaajenemisnopeuksista, varmistamalla tasainen kaltevuus näiden kahden välillä eikä terävä raja. Tämä saavutetaan muuttamalla suspension koostumusta elektroforeesin aikana. Laminaatit, jotka koostuvat vaihtelevista eri materiaalikerroksista, voidaan myös valmistaa yksinkertaisesti vaihtamalla eri suspensioiden välillä.