Co to jest osadzanie elektroforetyczne?

Osadzanie elektroforetyczne (EPD) to metoda wytwarzania powłok lub filmów na obiektach przewodzących prąd elektryczny lub, w niektórych przypadkach, tworzenie samodzielnych komponentów i materiałów przy użyciu procesu zwanego elektroforezą. Termin ten opisuje migrację elektrycznie naładowanych cząstek w cieczy w kierunku elektrody pod wpływem prądu elektrycznego. Małe cząstki zawieszone w cieczy często mają dodatni lub ujemny ładunek elektryczny ze względu na sposób, w jaki ich cząsteczki oddziałują z cząsteczkami ośrodka. Jeśli prąd stały zostanie przyłożony do zawiesiny za pomocą elektrod, cząsteczki będą poruszać się w kierunku elektrody z przeciwnym ładunkiem. Elektroforeza jest powszechnie stosowana w analizie biochemicznej i stała się ważną częścią wielu procesów przemysłowych.

Znane również jako powlekanie elektroforetyczne lub e-powlekanie, osadzanie elektroforetyczne wykorzystuje obiekt do powlekania jako elektrodę, na której osadzają się przeciwnie naładowane cząstki, tworząc warstwę. W zależności od tego, czy zastosowano elektrodę dodatnią, czy ujemną, proces ten można nazwać odpowiednio elektrodą anodową lub katodową. Tam, gdzie cząstki byłyby normalnie elektrycznie obojętne, związek może być związany z nimi, aby dać im ładunek elektryczny w zawiesinie. Powstała odpychanie elektryczne między cząsteczkami zapobiega również ich zlepianiu się.

Proces ten ma wiele zastosowań, szczególnie w nanotechnologii i materiałoznawstwie. W przeciwieństwie do galwanizacji, EPD może być stosowany do osadzania szerokiej gamy substancji niemetalicznych, a także metali, i jest stosunkowo szybką i tanią metodą nakładania powłoki izolacyjnej lub ochronnej na małe elementy elektryczne. Zwykle jednak powłoka ma wyższą oporność elektryczną niż elektroda, więc w miarę postępu procesu prąd maleje wraz ze wzrostem rezystancji. Może to nałożyć ograniczenia na jego użycie.

Możliwe jest również usunięcie osadu z elektrody w celu utworzenia osobnego obiektu. Na przykład, osadzanie elektroforetyczne można zastosować do osadzania zawieszonych nanorurek węglowych na płaskiej elektrodzie, tworząc cienką warstwę nanorurek, którą można następnie odłączyć. Folie z nanorurek węglowych mają wiele zastosowań, w tym cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, ogniwa paliwowe i ekrany dotykowe.

Osadzanie elektroforetyczne pozwala również na wytwarzanie nowych rodzajów materiałów ceramicznych. Materiały kompozytowe można syntetyzować, stosując mieszaninę nanocząstek w zawiesinie, co daje na przykład lepszą wytrzymałość lub użyteczne właściwości elektryczne. Innym ważnym zastosowaniem są materiały klasyfikowane funkcjonalnie (FGM); możliwe jest tworzenie obiektów złożonych z dwóch materiałów, które normalnie nie są kompatybilne, być może z powodu różnych szybkości rozszerzalności cieplnej, poprzez zapewnienie stałego gradientu między nimi, a nie ostrej granicy. Uzyskuje się to poprzez zmianę składu zawiesiny podczas elektroforezy. Laminaty złożone z naprzemiennych warstw różnych materiałów mogą być również wytwarzane po prostu przez przełączanie między różnymi zawiesinami.