Hva er elektroforetisk avsetning?

Elektroforetisk avsetning (EPD) er en metode for å produsere belegg eller filmer på elektrisk ledende gjenstander, eller i noen tilfeller skape frittstående komponenter og materialer ved bruk av en prosess som kalles elektroforese. Dette uttrykket beskriver vandring av elektrisk ladede partikler i en væske mot en elektrode under påvirkning av en elektrisk strøm. Små partikler suspendert i en væske har ofte en positiv eller negativ elektrisk ladning på grunn av måten molekylene deres interagerer med de i mediet. Hvis en jevn strøm tilføres over suspensjonen ved hjelp av elektroder, vil partiklene bevege seg mot elektroden med motsatt ladning. Elektroforese brukes ofte i biokjemisk analyse og har blitt en viktig del av mange industrielle prosesser.

Også kjent som elektroforetisk belegg eller e-belegg, bruker elektroforetisk avsetning objektet som skal belegges som en elektrode på hvilken motsatt ladede partikler blir avsatt og danner et lag. Avhengig av om den positive eller negative elektroden brukes, kan prosessen bli referert til henholdsvis anodisk eller katodisk elektrodeposisjon. Hvor partiklene normalt ville være elektrisk nøytrale, kan en forbindelse bindes til dem for å gi dem en elektrisk ladning i suspensjon. Den resulterende elektriske frastøtningen mellom partiklene forhindrer også at de klumper seg sammen.

Denne prosessen har mange bruksområder, spesielt innen nanoteknologi og materialvitenskap. I motsetning til elektroplettering, kan EPD brukes til å avsette et bredt spekter av ikke-metalliske stoffer, så vel som metaller, og er en relativt rask og rimelig metode for å påføre et isolerende eller beskyttende belegg på små elektriske komponenter. Normalt har imidlertid belegget en høyere elektrisk motstand enn elektroden, slik at når prosessen fortsetter, avtar strømmen med økende motstand. Dette kan sette begrensninger for bruken.

Det er også mulig å fjerne avsetningen fra elektroden for å danne et separat objekt. For eksempel kan elektroforetisk avsetning anvendes for å avsette suspenderte karbon-nanorør på en flat elektrode, og danne en tynn film av nanorør som deretter kan løsnes. Karbon nanorørfilmer har mange bruksområder, inkludert tynnfilms solceller, brenselceller og berøringsskjermer.

Elektroforetisk avsetning tillater også produksjon av nye typer keramisk materiale. Komposittmaterialer kan syntetiseres ved å bruke en blanding av nanopartikler i en suspensjon, noe som resulterer i for eksempel forbedret styrke eller nyttige elektriske egenskaper. En annen viktig applikasjon er i funksjonelt graderte materialer (FGMs); det er mulig å lage objekter sammensatt av to materialer som normalt er inkompatible, kanskje på grunn av forskjellige termiske ekspansjonshastigheter, ved å sikre en jevn gradient mellom de to i stedet for en skarp grense. Dette oppnås ved å variere sammensetningen av suspensjonen under elektroforese. Laminater sammensatt av vekslende lag av forskjellige materialer kan også fremstilles ganske enkelt ved å veksle mellom forskjellige suspensjoner.