پاورپوینت الکتروفورتیک و خوردگی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

الکتروفورتیک و خوردگی

اسلاید 2 :

الکتروفورتیک چیست؟
مکانیزم نشست الکتروفورتیک (EPD) حرکت ذرات باردار در سوسپانسیون در اثر میدان الکتریکی و نشست آنها بر الکترود متناسب است.
EPD یک فرایند دو مرحله ای است. در مرحله ی اول (الکتروفورز) ، ذرات باردار موجود در محیط مایع، به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می کنند. این حرکت به دلیل وجود میدان الکتریکی خارجی ایجاد می شود. در مرحله ی دوم (رسوب دهی)، ذرات بر روی الکترودها رسوب می کند و یک لایه ی ضخیم تشکیل می شود.

اسلاید 3 :

مکانیزم های باردار نمودن ذرات سرامیکی در یک مایع
وقتی یک ذره ی سرامیکی در یک محیط مایع قرار دارد، از طریق 4 مکانیزم زیر باردار می شود:

1) جذب انتخابی یون های موجود در مایع بر روی ذرات جامد

2) جدا شدن یون ها از فاز جامد و ورود آنها به داخل مایع

3) جذب یا جهت گیری مولکول های قطبی در سطح ذره

4) انتقال الکترون میان جامد و فاز مایع به دلیل تفاوت در تابع کار

اسلاید 4 :

تاریخچه الکتروفورتیک
نشست الکتروفورتیک در 1808 توسط دانشمند روسی به نام Ruess با حرکت ذرات رس در آّب در اثر میدان الکتریکی مشاهده شد. اما اولین بهره برداری علمی از آن در سال 1933 با نشست ذرات توریا بر کاتد پلاتینیم به عنوان گسیلنده در تیوب الکترونی انجام شد.این پدیده در سالهای 1980 توسط Hamaker در مورد سرامیکها مورد بررسی قرار گرفت و مسیر حرکت آن به سمت شکل دهی سرامیکهای پیشرفته و لایه های نازک تغییر یافت.

اسلاید 5 :

مدل الکتریکی فرآیند EPD
با استفاده از یک سلول استاندارد الکتروشیمیایی، یک مدل مقاومتی- خازنی می تواند رفتار الکتریکی فرایند EPD را توصیف کند:

اسلاید 6 :

مزایای الکتروفورتیک
زمان کوتاه نشست
نیاز به تجهیزات ساده
تنوع در شکل زیرپایه
عدم نیاز به چسب
تنظیم ضخامت و مورفولوژی فیلم نشست داده شده از طریق تنظیم زمان نشست و پتانسیل اعمالی
قابلیت استفاده از مواد و ترکیبات مختلف
امکان تولید ساختارهای میکرویی و نانویی
امکان تولید اشکال شبه شبکه ای با دقت ابعادی بالا
امکان تولید رسوبات متخلخل، لایه لایه و هدفمند
امکان تولید مواد نانوکامپوزیتی

اسلاید 7 :

محدودیت الکتروفورتیک
محدودیت این روش، عدم توانایی استفاده در آب به عنوان واسطه است؛ زیرا اعمال ولتاژ به آب باعث ایجاد گازهای اکسیژن و هیدروژن در الکترود می گردد و بر کیفیت لایه نشست داده شده اثر منفی قرار دارد. اما با وجود حلال های غیر آلی فراوان و دردسترس این محدودیت برطرف می گردد.

اسلاید 8 :

محدودیت الکتروفورتیک
برای برخی از کاربردها، یکی از ملزومات این است که رسوبات سرامیکی تولیدی با روش EPD، دانسیته ی بالایی داشته باشد بنابراین، یک عملیات ثانویه باید بر روی پوشش اعمال شود تا بدین صورت، دانسیته افزایش یابد. معمولا، این عملیات ثانویه شامل یک عملیات حرارتی معمولی در کوره می باشد اما برخی مشکلات می تواند در طی عملیات حرارتی ایجاد شود. این مشکلات، عبارتند از جدایش لایه ی سرامیکی از زیرلایه، ترک خوردن یا ایجاد تنش های باقیمانده به دلیل تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی. علاوه بر این، دمای زینترینگ بالای سرامیک ها می تواند موجب تخریب زیرلایه شود.
برخی اوقات، دمای زینترینگ می تواند با افزودن برخی افزودنی های کمک ذوب، کاهش یابد. روش های زینترینگ دیگری نیز می تواند برای کاهش این مشکلات، مورد استفاده قرار گیرد. این روش ها عبارتند از زینترینگ با میکروویو، لیزر یا باریکه ی الکترونی.

اسلاید 9 :

کاربردهای الکتروفورتیک
ساخت فیلم های عملگر برای وسایل میکروالکترونیک پیشرفته، پیل سوختی اکسید جامد، کامپوزیتهای جدید با پوشش های بیوفعال برای ایمپلنت های پزشکی، ساخت مواد عملگر در مقیاس نانو، ممبران زئولیت نانو سایز، فیلم های فوق رسانایی با TC بالا، سنسورها، الکترودهای نفوذ گاز، کامپوزیت های چندلایه، کامپوزیت های زمینه سرامیکی و شیشه ای توسط فیلتر شدن ذرات سرامیکی بر پارچه های فیبری، نانو میله های اکسیدی، فیلم نانوتیوب کربنی، سرامیکهای لایه دار، فوق رساناها، مواد پیزوالکتریک، بیومواد، وسایل نوری و.

اسلاید 10 :

عوامل موثر بر EPD
متغیرهای موثر بر سوسپانسیون:
اندازه ذره، ثابت دی الکتریک مایع، هدایت الکتریکی سوسپانسیون، ویسکوزیته مایع و پتانسیل زتا

متغیرهای مربوط به فرآیند:
اثر زمان فرایند EPD ، ولتاژ اعمالی، غلظت جامد در سوسپانسیون و هدایت الکتریکی زیرلایه

اسلاید 11 :

انواع نشست الکتروفورتیک
دو نوع نشست الکتروفورتیک بسته به تشکیل   نشست بر سطح دو الکترود، کاتد و آند وجود دارد که به ترتیب نشست الکتروفورتیکی کاتدی و آندی نامیده می شود.

اسلاید 12 :

روابط ریاضی مربوط به الکتروفورتیک
حاصل آخرین تحقیقات معادله زیر است که توسط  Ishihara و همکارانش حاصل شده است:

w وزن نشست، 0 ε گذر دهی خلا،  εr گذر دهی نسبی حلال، C غلظت ذره، ζ پتانسیل زتا ذرات، η ویسکوزیته حلال، E پتانسیل اعمالی، L فاصله بین الکترود، t زمان نشست است.
با ثابت بودن تجهیزات EPD و نوع ماده، فاکتورهای ζ ،r ε، η و L در معادله فوق ثابت است، در نتیجه وزن ذرات نشست داده شده (w) در روش فوق تابع E ، C و t  خواهد   بود. بنابراین جرم ذرات نشست داده شده یعنی ضخامت فیلم به آسانی می تواند توسط غلظت سوسپانسیون، پتانسیل اعمالی و زمان نشست در روش EPD کنترل شود.

اسلاید 13 :

اثر اندازه ذره
مهمترین نکته در مورد ذرات، پخش کامل آنها در مایع است که برای تشکیل نشست صاف و هموژن ضروری است. در صورتی که ذرات بزرگتر باشند، مشکل تمایل به نشست در اثر نیروی وزنشان وجود دارد. در حالت ایده آل باید موبیلیته ذرات در اثر الکتروفورتیک بیشتر از موبیلیته در اثر شتاب گرانش زمین باشد.
همچنین کاهش اندازه ذره تکنیک مفیدی برای کاهش ترک خوردن لایه نشست می باشد.

اسلاید 14 :

اثر ثابت دی الکتریک مایع
ثابت دی الکتریک مایع اثر دوگانه ای بر نشست نشان می دهد. در ثابت دی الکتریک بسیار کم، نشست به دلیل قدرت انحلال ناکافی انجام نمی شود و در ثابت دی الکتریک بالا، غلظت یونی بالایی در مایع در ضخامت لایه مضاعف ایجاد می شود و در نتیجه موبیلیته الکتروفورتیک کاهش می یابد.
ثابت دی الکتریک عموما حاصلضرب ثابت دی الکتریک نسبی و خلاء می باشد. ثابت دی الکتریک نسبی و ویسکوزیته برخی حلالها در جدول زیر آمده است

اسلاید 15 :

اثر هدایت الکتریکی سوسپانسیون
نکته مهم در این حالت این است که اگر سوسپانسیون بسیار رسانا باشد، حرکت ذرات بسیار کند خواهد بود و اگر سوسپانسیون مقاومت الکتریکی بالایی داشته باشد، پایداری سوسپانسیون از بین خواهد رفت.

در مورد تاثیر هدایت در EPD تنها رنج باریکی وجود دارد که در آن لایه گذاری توسط EPD میسر می گردد.
بدست آوردن این ناحیه ی مناسب از رسانایی برای سیستم های مختلف، دشوار است. همچنین مساحت ناحیه ی رسانایی مناسب برای EPD را می توان با اعمال جریان، افزایش داده، میزان موفقیت فرایند EPD را افزایش داد.

اسلاید 16 :

اثر ویسکوزیته سوسپانسیون
در EPD غلظت سوسپانسیون بسیار کم بوده و ویسکوزیته اثر قابل توجهی بر پخش شدن ذرات ندارد. ویسکوزیته کم، ثابت دی الکتریک بالا و هدایت الکتریکی کم در EPD خواص موردنظر هستند.

اسلاید 17 :

اثر پتانسیل زتا
سطح رس دارای بار الکتریکی منفی است در نتیجه در مسافت کمی از سطح رس قسمتی از بار منفی توسط کاتیون های موجود در ناحیه آب منظم خنثی می شود. با افزایش بیشتر فاصله، بارهای منفی نیز کمتر و کمتر شده تا اینکه در نقطه ای واقع در منطقه آب آزاد (بعد از مرز (A بارهای منفی کاملا از بین می روند
مقدار بار الکتریکی در مرز A، جنبش الکتریکی و یا پتانسیل زتا  نام دارد و با حرف ζ نشان داده می شود.
ζ : پتانسیل زتا
e  : مقدار بار الکتریکی در واحد سطح
:d  ضخامت لایه مضاعف و یا فاصله بین دو لایه مثبت و منفی
:D ضریب دی الکتریک مایع (آب)

اسلاید 18 :

اثر پتانسیل زتا
پتانسیل زتا در ذرات، یک فاکتور کلیدی در فرایند رسوب دهی الکتروفورتیک است. این فاکتور برای بدست آوردن بار سطحی یکنواخت و بالا، ضروری است. این فاکتور دارای نقش اساسی در کارهای زیر است:1) تثبیت سوسپانسیون بوسیله ی تعیین کردن شدت میانکنش های میان ذرات2) تعیین جهت و سرعت مهاجرت ذرات در طی EPD3) تعیین دانسیته ی خام رسوبات
به طور کلی چنانچه مقدار پتانسیل زتا از حدود 0.02  ولت (مثبت یا منفی) کمتر باشد، نیروهای دافعه ضعیف بوده و نیرو های جاذبه واندروالس در نتیجه فاصله کم بین ذرات بسیار قوی تر شده و نهایتا سوسپانسیون منعقد خواهد شد.

اسلاید 19 :

اثر پتانسیل زتا
در طی تشکیل رسوب، ذرات به همدیگر نزدیک تر می شوند و نیروی جاذبه میان آنها بیشتر می شود. اگر بار ذره کم باشد، ذرات، حتی برای فواصل داخل ذره ای نسبتا بزرگ نیز لخته می شوند و این موضوع سبب تشکیل رسوبات شبه اسفنجی یا متخلخل می شود. به طور برعکس، اگر ذرات در طی رسوب دهی، دارای بار سطحی بالایی باشند، آنها همدیگر را دفع می کنند و فضاهایی را اشغال می کنند که منجر به تشکیل رسوبات با دانسیته ی بالا می شود.
این بسیار مهم است که غلظت حلال ها و ذرات جامد و افزودنی های مورد استفاده درسوسپانسیون EPD کنترل گردد و بدین وسیله بالاترین دانسیته ی خام ممکنه در رسوبات حاصل شود. پتانسیل زتا را می توان بوسیله ی اضافه نمودن از عامل های باردارکننده ی مختلفی مانند اسیدها، بازها و مخصوصا یون های جذب شده یا پلی الکترولیت ها، به سوسپانسیون، کنترل نمود.

اسلاید 20 :

اثر پایداری سوسپانسیون
پایداری سوسپانسیون توسط سرعت نشست (رسوب)، تمایل به انجام یا جلوگیری از فولکوله شدن را نشان می دهد.
سوسپانسیون های مستعد لخته شدن، به سرعت ته نشین می شوند و رسوبات با دانسیته ی پایین و با چسبندگی کمی را تولید می کند.
اگرسوسپانسیون بسیار پایدار باشد، میدان الکتریکی نخواهد توانست برنیروی دافعه بین ذرات غلبه کند و نشست رخ نخواهد داد.
واضح است که پایداری سوسپانسیون مهمترین ویژگی آن است، اما این ویژگی تجربی بوده و به سادگی قابل اندازه گیری نیست.