Vad är elektroforetisk avsättning?

Elektroforetisk avsättning (EPD) är en metod för att producera beläggningar eller filmer på elektriskt ledande föremål eller i vissa fall skapa fristående komponenter och material med en process som kallas elektrofores. Denna term beskriver migrationen av elektriskt laddade partiklar i en vätska mot en elektrod under påverkan av en elektrisk ström. Små partiklar suspenderade i en vätska har ofta en positiv eller negativ elektrisk laddning på grund av deras molekylers interaktion med mediets. Om en likström appliceras över suspensionen med hjälp av elektroder, kommer partiklarna att röra sig mot elektroden med motsatt laddning. Elektrofores används ofta i biokemisk analys och har blivit en viktig del av många industriella processer.

Även känd som elektroforetisk beläggning eller e-beläggning använder elektroforetisk avsättning föremålet som ska beläggas som en elektrod på vilken motsatt laddade partiklar avsätts och bildar ett skikt. Beroende på om den positiva eller negativa elektroden används, kan processen kallas anodisk respektive katodisk elektrodeposition. När partiklarna normalt skulle vara elektriskt neutrala kan en förening bindas till dem för att ge dem en elektrisk laddning i suspension. Den resulterande elektriska avstötningen mellan partiklarna förhindrar också att de klumpas samman.

Denna process har många tillämpningar, särskilt inom nanoteknologi och materialvetenskap. Till skillnad från elektroplätering kan EPD användas för att avsätta ett brett spektrum av icke-metalliska ämnen, liksom metaller, och är en relativt snabb och billig kostnadsmetod för applicering av en isolerande eller skyddande beläggning på små elektriska komponenter. Normalt har beläggningen emellertid ett högre elektriskt motstånd än elektroden, så att när processen fortsätter minskar strömmen med ökande motstånd. Detta kan sätta begränsningar för dess användning.

Det är också möjligt att ta bort avsättningen från elektroden för att bilda ett separat föremål. Till exempel kan elektroforetisk avsättning användas för att avsätta suspenderade kol-nanorör på en platt elektrod, bildande en tunn film av nanorör som sedan kan lossas. Kolmonanorörsfilmer har många tillämpningar, inklusive tunnfilms solceller, bränsleceller och pekskärmar.

Elektroforetisk avsättning tillåter också tillverkning av nya typer av keramiskt material. Kompositmaterial kan syntetiseras med användning av en blandning av nanopartiklar i en suspension, vilket resulterar i exempelvis förbättrad styrka eller användbara elektriska egenskaper. En annan viktig applikation är i funktionsgraderade material (FGM); Det är möjligt att skapa föremål sammansatta av två material som normalt är oförenliga, kanske på grund av olika värmeutvidgningshastigheter, genom att säkerställa en jämn gradient mellan de två snarare än en skarp gräns. Detta uppnås genom att variera kompositionen hos suspensionen under elektrofores. Laminater som består av alternerande skikt av olika material kan också tillverkas helt enkelt genom att växla mellan olika upphängningar.