Wat is elektroforetische afzetting?
Elektroforetische depositie (EPD) is een methode voor het produceren van coatings of films op elektrisch geleidende objecten of, in sommige gevallen, het creëren van zelfstandige componenten en materialen met behulp van een proces dat elektroforese wordt genoemd. Deze term beschrijft de migratie van elektrisch geladen deeltjes in een vloeistof naar een elektrode onder invloed van een elektrische stroom. Kleine deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof hebben vaak een positieve of negatieve elektrische lading vanwege de manier waarop hun moleculen interageren met die van het medium. Als een gelijkstroom over de suspensie wordt aangelegd met behulp van elektroden, zullen de deeltjes in de richting van de elektrode bewegen met de tegengestelde lading. Elektroforese wordt vaak gebruikt in biochemische analyse en is een belangrijk onderdeel van veel industriële processen geworden.
Ook bekend als elektroforetische coating of e-coating, gebruikt elektroforetische depositie het te coaten object als een elektrode waarop tegengesteld geladen deeltjes worden afgezet, waardoor een laag wordt gevormd. Afhankelijk van of de positieve of negatieve elektrode wordt gebruikt, kan het proces worden aangeduid als respectievelijk anodische of kathodische elektrodepositie. Waar de deeltjes normaal gesproken elektrisch neutraal zijn, kan een verbinding eraan worden gebonden om ze een elektrische lading in suspensie te geven. De resulterende elektrische afstoting tussen de deeltjes voorkomt ook dat ze samenklonteren.
Dit proces kent vele toepassingen, met name in nanotechnologie en materiaalkunde. In tegenstelling tot galvaniseren, kan EPD worden gebruikt voor het afzetten van een breed scala aan niet-metalen stoffen, evenals metalen, en is een relatief snelle en goedkope methode om een isolerende of beschermende coating aan te brengen op kleine elektrische componenten. Normaal heeft de coating echter een hogere elektrische weerstand dan de elektrode, zodat naarmate het proces vordert, de stroom afneemt met toenemende weerstand. Dit kan beperkingen opleggen aan het gebruik ervan.
Het is ook mogelijk om de afzetting van de elektrode te verwijderen om een afzonderlijk object te vormen. Elektroforetische depositie kan bijvoorbeeld worden gebruikt om gesuspendeerde koolstofnanobuizen af te zetten op een vlakke elektrode, waarbij een dunne film van nanobuizen wordt gevormd die vervolgens kunnen worden losgemaakt. Koolstof nanobuisfilms hebben vele toepassingen, waaronder dunne film zonnecellen, brandstofcellen en aanraakschermen.
Elektroforetische depositie maakt ook de vervaardiging van nieuwe soorten keramisch materiaal mogelijk. Composietmaterialen kunnen worden gesynthetiseerd door een mengsel van nanodeeltjes in een suspensie te gebruiken, wat bijvoorbeeld resulteert in een verbeterde sterkte of nuttige elektrische eigenschappen. Een andere belangrijke toepassing is in functioneel geklasseerde materialen (FGM's); het is mogelijk om objecten te maken die zijn samengesteld uit twee materialen die normaal niet compatibel zijn, misschien vanwege verschillende thermische expansiesnelheden, door te zorgen voor een constante gradiënt tussen de twee in plaats van een scherpe grens. Dit wordt bereikt door de samenstelling van de suspensie tijdens elektroforese te variëren. Laminaten samengesteld uit afwisselende lagen van verschillende materialen kunnen ook eenvoudig worden vervaardigd door te schakelen tussen verschillende suspensies.