انباشت الکتروشیمیایی چیست؟

مولف: علی کوثری مهر

انباشت الکتروشیمیایی

انباشت الکتروشیمیایی یک روش انباشت لایه نازک/ضخیم است که به سه زیرشاخه‌ی کلی تقسیم می‌شود:

1- آبکاری الکتروشیمیایی: این روش که سازوکار آن مبتنی بر فرآیند کاهش کاتیون‌ها (الکترون بدست آوردن کاتیون‌ها) است به طور گسترده برای انباشت لایه‌های نازک آلیاژی و فلزی بکار گرفته می‌شود. در این روش، فرآیند کاهش در الکترولیت نمک فلز مورد نظر به موجب تامین جریان الکتریکی از بیرون صورت می‌پذیرد و مراکز واکنش‌های کاتدی و آندی جدا هستند. بنابراین زیرلایه‌ها بایستی رسانا باشند. یکی از مزایای بزرگ آبکاری الکتروشیمیایی این موضوع است که ضخامت لایه می‌تواند تا کسری از یک میکرون کنترل شود. با اینحال، این فرآیند بایستی بر روی زیرلایه‌های رسانا صورت بگیرد و آلودگی محیطی به دلیل حمام خاص آبکاری الکتروشیمیایی بسیار جدی است. قوانین بنیادی حاکم بر آبکاری الکتروشیمیایی مبتنی بر قوانین دوم فارادی است:

  الف) وزن فلز انباشت شده با میزان الکتریسیته‌ی عبور داده شده متناسب است.

   ب) برای میزان یکسان الکتریسیته، وزن فلز انباشت شده با معادل الکتروشیمیایی خود متناسب است [1–5].

2- انباشت الکتروفورزی (EPD): یک فرآیند انباشت لایه نازک/ضخیم ارزان و ساده است که ویژگی اصلی آن زمان کوتاه لازم برای شکل‌گیری لایه است. در این روش از سوسپانسیون (تعلیق یا آویزش) پایدار شده به صورت الکترواستاتیکی استفاده می‌شود. در واقع این فرآیند ترکیبی از دو فرآیند انباشت و الکتروفورز (الکتروکوچ) است. الکتروفورز به معنای حرکت یک ذره‌ی باردار در یک سوسپانسیون تحت اثر یک میدان الکتریکی است و انباشت به معنای انعقاد ذرات به صورت یک توده‌ی چگال است. فرآیند EPD از طریق مهاجرت به سمت یک الکترود از ذرات باردار که در مایعی متناسب پراکنده شده‌اند و در حضور یک میدان الکتریکی اعمال شده صورت می‌گیرد. همانطور که اشاره شده، تشکیل انباشت بر روی الکترود از طریق انعقاد ذرات رخ می‌دهد. به عبارت دیگر مهاجرت الکتروفورزی منجر به تجمع ذرات و شکل‌گیری یک لایه‌ی همگن بر روی الکترود مربوطه می‌گردد [6, 7].

3- انباشت مادون-پتانسیل (UPD): انباشت مقادیر اندک اتم‌های فلز (زیر-تک‌لایه‌ها، تک لایه‌ها و نهایتا دولایه‌ها) بر روی سطحی خارجی در پتانسیل‌هایی مثبت‌تر از آنچه به موجب معادله‌ی نرنست پیش‌بینی می‌شود، انباشت مادون-پتانسیل نامیده می‌شود. انباشت یک فلز بر روی یک سطح فلزی خارجی در مادون-پتانسیل می‌تواند موجب طراحی و آماده‌سازی سطوحی مختلف با کاربردهای متنوع شود؛ به عنوان مثال الکتروکاتالیزورها، تولید نیمه‌رساناهای مرکب، طراحی زیست حسگرها و ... [8].

منابع:

1. Schlesinger M, Paunovic M (2011) Modern Electroplating: Fifth Edition. John Wiley and Sons Webpage
2. Boyner J (1986) Electroplating (Workshop Practice Series). Trans-Atlantic Publications Webpage
3. Basile A, Tong J, Millet P (2013) Inorganic membrane reactors for hydrogen production: An overview with particular emphasis on dense metallic membrane materials. In: Handbook of Membrane Reactors. Elsevier Inc., pp 42–148 Webpage
4. Sebayang D, Hasan SBH (2012) Electroplating. InTech Webpage
5. Kanani N (2005) Electroplating: Basic Principles, Processes and Practice. Elsevier Ltd Webpage
6. Sarkar P, Sakaguchi S, Yonehara E, et al (1997) Electrophoretic Forming of Functionally-Graded Barium/Strontium Titanate Ceramics. In: Functionally Graded Materials 1996. Elsevier, pp 221–226 Webpage
7. Kiwi-Minsker L, Renken A (2005) Microstructured reactors for catalytic reactions. Catal Today 110:2–14. Webpage
8. Oviedo OA, Reinaudi L, Garcia S, Leiva EPM (2016) Underpotential Deposition From Fundamentals and Theory to Applications at the Nanoscale. Springer International Publishing Webpage