Co to jest osadzanie elektroforetyczne?

Osadzanie elektroforetyczne (EPD) to metoda wytwarzania powłok lub filmów na przedmiotach przewodzących prąd elektryczny lub, w niektórych przypadkach, tworzenia samodzielnych komponentów i materiałów za pomocą procesu zwanego elektroforezą. Termin ten opisuje migrację cząstek naładowanych elektrycznie 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, cząstki przesuną się w kierunku elektrody o przeciwnym ładunku. Elektroforeza jest powszechnie stosowana w analizie biochemicznej i stała się ważną częścią wielu procesów przemysłowych.

Znany również jako powlekanie elektroforetyczne lub powlekanie elektroforetyczne, osadzanie elektroforetyczne wykorzystuje powlekany przedmiot jako elektrodę, na której osadzane są przeciwnie naładowane cząstki, tworząc warstwę. W zależności od tego, czy stosuje się elektrodę dodatnią, czy ujemną, proces można określić odpowiednio jako elektroosadzanie anodowe lub katodowe. Tam, gdzie cząstki byłyby normalnie elektrycznie obojętne, związek mógłby być z nimi związany, aby nadać im ładunek elektryczny w zawiesinie. Wynikające z tego odpychanie elektryczne między cząstkami zapobiega również ich zlepianiu się.

Proces ten ma wiele zastosowań, zwłaszcza 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 niedrogą metodą nakładania powłoki izolacyjnej lub ochronnej na małe elementy elektryczne. Zwykle jednak powłoka ma wyższą rezystancję elektryczną niż elektroda, tak że w miarę postępu procesu prąd maleje wraz ze wzrostem rezystancji. Może to nakładać ograniczenia na jego użycie.

Możliwe jest również usunięcie osadu z elektrody w celu utworzenia oddzielnego 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 umożliwia również produkcję nowych rodzajów materiałów ceramicznych. Materiały kompozytowe można zsyntetyzować przy użyciu mieszaniny nanocząstek w zawiesinie, co skutkuje np. lepszą wytrzymałością lub użytecznymi właściwościami elektrycznymi. Innym ważnym zastosowaniem są materiały klasyfikowane funkcjonalnie (FGM); możliwe jest tworzenie obiektów składających się z dwóch materiałów, które zwykle nie są ze sobą kompatybilne, być może z powodu różnych szybkości rozszerzalności cieplnej, zapewniając stały gradient między nimi, a nie ostrą granicę. Osiąga się to poprzez zmianę składu zawiesiny podczas elektroforezy. Laminaty składające się z naprzemiennych warstw różnych materiałów można również wytwarzać po prostu przez przełączanie między różnymi zawieszeniami.