Τι είναι η ηλεκτροφορητική εναπόθεση;

Η ηλεκτροφορητική εναπόθεση (EPD) είναι μια μέθοδος παραγωγής επικαλύψεων ή μεμβρανών σε ηλεκτρικά αγώγιμα αντικείμενα ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, δημιουργίας αυτόνομων εξαρτημάτων και υλικών χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτροφόρηση. Αυτός ο όρος περιγράφει τη μετανάστευση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων σε ένα υγρό προς ένα ηλεκτρόδιο υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος. Τα μικρά σωματίδια που αιωρούνται σε ένα υγρό έχουν συχνά θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο λόγω του τρόπου με τον οποίο τα μόριά τους αλληλεπιδρούν με αυτά του μέσου. Εάν εφαρμοστεί συνεχές ρεύμα κατά μήκος της ανάρτησης χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια, τα σωματίδια θα κινηθούν προς το ηλεκτρόδιο με το αντίθετο φορτίο. Η ηλεκτροφόρηση χρησιμοποιείται συνήθως στη βιοχημική ανάλυση και έχει γίνει σημαντικό μέρος πολλών βιομηχανικών διεργασιών.

Γνωστή και ως ηλεκτροφορητική επίστρωση ή e-coating, η ηλεκτροφορητική εναπόθεση χρησιμοποιεί το αντικείμενο που πρόκειται να επικαλυφθεί ως ηλεκτρόδιο πάνω στο οποίο εναποτίθενται αντίθετα φορτισμένα σωματίδια, σχηματίζοντας ένα στρώμα. Ανάλογα με το εάν χρησιμοποιείται το θετικό ή αρνητικό ηλεκτρόδιο, η διαδικασία μπορεί να αναφέρεται ως ανοδική ή καθοδική ηλεκτροαπόθεση, αντίστοιχα. Όπου τα σωματίδια θα ήταν κανονικά ηλεκτρικά ουδέτερα, μια ένωση μπορεί να συνδεθεί με αυτά για να τους δώσει ένα ηλεκτρικό φορτίο σε εναιώρηση. Η προκύπτουσα ηλεκτρική απώθηση μεταξύ των σωματιδίων τα εμποδίζει επίσης να συσσωρευτούν μεταξύ τους.

Αυτή η διαδικασία έχει πολλές εφαρμογές, ιδιαίτερα στη νανοτεχνολογία και την επιστήμη των υλικών. Σε αντίθεση με την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, το EPD μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εναπόθεση ενός ευρέος φάσματος μη μεταλλικών ουσιών, καθώς και μετάλλων, και είναι μια σχετικά γρήγορη και χαμηλού κόστους μέθοδος εφαρμογής μιας μονωτικής ή προστατευτικής επίστρωσης σε μικρά ηλεκτρικά εξαρτήματα. Κανονικά, ωστόσο, η επίστρωση έχει μεγαλύτερη ηλεκτρική αντίσταση από το ηλεκτρόδιο, έτσι ώστε καθώς η διαδικασία συνεχίζεται, το ρεύμα μειώνεται με την αύξηση της αντίστασης. Αυτό μπορεί να επιβάλει περιορισμούς στη χρήση του.

Είναι επίσης δυνατό να αφαιρεθεί η απόθεση από το ηλεκτρόδιο για να σχηματιστεί ένα ξεχωριστό αντικείμενο. Για παράδειγμα, η ηλεκτροφορητική εναπόθεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εναπόθεση αιωρούμενων νανοσωλήνων άνθρακα σε ένα επίπεδο ηλεκτρόδιο, σχηματίζοντας ένα λεπτό φιλμ νανοσωλήνων που μπορεί στη συνέχεια να αποσπαστεί. Οι μεμβράνες νανοσωλήνων άνθρακα έχουν πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων ηλιακών κυψελών λεπτής μεμβράνης, κυψελών καυσίμου και οθονών αφής.

Η ηλεκτροφορητική εναπόθεση επιτρέπει επίσης την κατασκευή νέων τύπων κεραμικού υλικού. Τα σύνθετα υλικά μπορούν να συντεθούν χρησιμοποιώντας ένα μείγμα νανοσωματιδίων σε ένα εναιώρημα, με αποτέλεσμα, για παράδειγμα, βελτιωμένη αντοχή ή χρήσιμες ηλεκτρικές ιδιότητες. Μια άλλη σημαντική εφαρμογή είναι σε λειτουργικά διαβαθμισμένα υλικά (FGMs). είναι δυνατό να δημιουργηθούν αντικείμενα που αποτελούνται από δύο υλικά που συνήθως είναι ασύμβατα, ίσως λόγω διαφορετικών ρυθμών θερμικής διαστολής, διασφαλίζοντας μια σταθερή κλίση μεταξύ των δύο και όχι ένα αιχμηρό όριο. Αυτό επιτυγχάνεται μεταβάλλοντας τη σύνθεση του εναιωρήματος κατά τη διάρκεια της ηλεκτροφόρησης. Τα ελάσματα που αποτελούνται από εναλλασσόμενες στρώσεις διαφορετικών υλικών μπορούν επίσης να κατασκευαστούν απλά με εναλλαγή μεταξύ διαφορετικών αναρτήσεων.