Mis on elektroforeetiline sadestumine?

Elektroforeetiline sadestamine (EPD) on meetod elektrit juhtivatele objektidele katete või kilede tootmiseks või mõnel juhul eraldiseisvate komponentide ja materjalide loomiseks, kasutades protsessi, mida nimetatakse elektroforeesiks. See termin kirjeldab elektriliselt laetud osakeste migratsiooni vedelikus elektroodi suunas elektrivoolu mõjul. Vedelikus suspendeeritud väikestel osakestel on sageli positiivne või negatiivne elektrilaeng, kuna nende molekulid interakteeruvad keskkonna molekulidega. Kui suspensioonile rakendatakse elektroodide abil alalisvoolu, liiguvad osakesed vastupidise laenguga elektroodi poole. Elektroforeesi kasutatakse tavaliselt biokeemilises analüüsis ja sellest on saanud paljude tööstuslike protsesside oluline osa.

Tuntud ka kui elektroforeetiline katmine või e-katmine, elektroforeetiline sadestamine kasutab kaetavat objekti elektroodina, millele sadestatakse vastupidiselt laetud osakesed, moodustades kihi. Sõltuvalt sellest, kas kasutatakse positiivset või negatiivset elektroodi, võib protsessi nimetada vastavalt anoodiliseks või katoodseks elektrosadeseks. Kui osakesed on tavaliselt elektriliselt neutraalsed, võidakse nendega siduda ühend, et anda neile suspensioonis elektrilaeng. Sellest tulenev elektriline tõrjumine osakeste vahel takistab ka nende kokkukleepumist.

Sellel protsessil on palju rakendusi, eriti nanotehnoloogias ja materjaliteaduses. Erinevalt galvaniseerimisest saab EPD-d kasutada paljude mittemetalliliste ainete, aga ka metallide sadestamiseks ning see on suhteliselt kiire ja odav meetod isoleeriva või kaitsekatte kandmiseks väikestele elektrikomponentidele. Tavaliselt on kattel aga suurem elektritakistus kui elektroodil, nii et protsessi jätkudes väheneb vool takistuse suurenedes. See võib seada selle kasutamisele piiranguid.

Samuti on võimalik eemaldada elektroodilt sade, et moodustada eraldi objekt. Näiteks saab elektroforeetilist sadestamist kasutada suspendeeritud süsiniknanotorude ladestamiseks lamedale elektroodile, moodustades nanotorudest õhukese kile, mida saab seejärel eemaldada. Süsinik-nanotorukiledel on palju rakendusi, sealhulgas õhukesed päikesepatareid, kütuseelemendid ja puutetundlikud ekraanid.

Elektroforeetiline sadestamine võimaldab valmistada ka uut tüüpi keraamilisi materjale. Komposiitmaterjale saab sünteesida, kasutades nanoosakeste segu suspensioonis, mille tulemuseks on näiteks parem tugevus või kasulikud elektrilised omadused. Teine oluline rakendus on funktsionaalselt sorteeritud materjalides (FGM); on võimalik luua objekte, mis koosnevad kahest materjalist, mis tavaliselt ei ühildu, võib-olla erinevate soojuspaisumiskiiruste tõttu, tagades nende kahe vahel ühtlase gradiendi, mitte terava piiri. See saavutatakse suspensiooni koostise muutmisega elektroforeesi ajal. Erinevate materjalide vahelduvatest kihtidest koosnevaid laminaate saab valmistada ka lihtsalt erinevate suspensioonide vahel vahetades.