Vad är elektroforetisk avsättning?

Elektroforetisk deposition (EPD) är en metod för att producera beläggningar eller filmer på elektriskt ledande föremål eller, i vissa fall, skapa fristående komponenter och material med hjälp av 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 hur deras molekyler interagerar 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 objektet 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 hänvisas till som anodisk respektive katodisk elektrodavsättning. Där partiklarna normalt skulle vara elektriskt neutrala, kan en förening bindas till dem för att ge dem en elektrisk laddning i suspension. Den resulterande elektriska repulsionen mellan partiklarna förhindrar också att de klumpar ihop sig.

Denna process har många tillämpningar, särskilt inom nanoteknik och materialvetenskap. Till skillnad från elektroplätering kan EPD användas för att deponera ett brett spektrum av icke-metalliska ämnen, såväl som metaller, och är en relativt snabb och billig metod för att applicera en isolerande eller skyddande beläggning på små elektriska komponenter. Normalt har dock beläggningen ett högre elektriskt motstånd än elektroden, så att allt eftersom processen fortsätter minskar strömmen med ökande resistans. Detta kan sätta gränser för dess användning.

Det är också möjligt att avlägsna avsättningen från elektroden för att bilda ett separat föremål. Till exempel kan elektroforetisk avsättning användas för att deponera suspenderade nanorör av kol på en platt elektrod, vilket bildar en tunn film av nanorör som sedan kan lossas. Kolnanorörsfilmer har många applikationer, inklusive tunnfilmssolceller, bränsleceller och pekskärmar.

Elektroforetisk avsättning möjliggör också tillverkning av nya typer av keramiskt material. Kompositmaterial kan syntetiseras genom att använda en blandning av nanopartiklar i en suspension, vilket resulterar i till exempel förbättrad styrka eller användbara elektriska egenskaper. En annan viktig tillämpning är funktionellt graderade material (FGMs); det är möjligt att skapa objekt som består av två material som normalt är inkompatibla, kanske på grund av olika värmeutvidgningshastigheter, genom att säkerställa en stadig gradient mellan de två snarare än en skarp gräns. Detta uppnås genom att variera sammansättningen av suspensionen under elektrofores. Laminat som består av omväxlande lager av olika material kan också tillverkas helt enkelt genom att växla mellan olika upphängningar.