در دوغاب باتریهای لیتیومی، خمیرهای فتوولتائیک، دوغابهای رسانا و دیگر سیستمهای مواد کاربردی، وضعیتی بهطور مکرر پیش میآید: دوغاب با مشخصات ظرافت آزمایش میشود، حالت پراکندگی خوب به نظر میرسد، و ماده یکنواخت به نظر میرسد – اما پس از پوشش، سطح الکترود یا لایه عملکردی ذرات، لکههای برآمده یا سطح را نشان میدهد.
ظرافت عبور با کیفیت پوشش پایدار برابر نیست
نتیجه ظرافت گذرا به این معنی نیست که پوشش بدون ذرات خواهد بود. تست ظرافت یک لحظه واحد را ثبت می کند - نمی تواند توضیح دهد که در طول عملیات ذخیره سازی، حمل و نقل و پوشش بعدی چه اتفاقی برای حالت دوغاب می افتد.
هفت دلیل که ذرات بعد از پوشش ظاهر می شوند
در طول ذخیره سازی ساکن، ذرات به حرکت، تماس با یکدیگر و تعامل ادامه می دهند. اگر پایداری سیستم کافی نباشد، ذرات پراکنده اولیه ممکن است دوباره ترکیب شوند و آگلومراهای کوچکی تشکیل دهند. سپس این آگلومراها به صورت ذرات سطحی در طول پوشش ظاهر می شوند.
حفظ پایداری خوب دوغاب نیازمند توزیع یکنواخت ذرات، پایداری پراکندگی کافی و ساختار سیستم مناسب است. هنگامی که ذرات فاقد حفاظت کافی باشند، ممکن است در حین برش، حمل و نقل یا ذخیره استاتیک دوباره تجمع پیدا کنند - که یکنواختی پوشش را کاهش می دهد.
در مرحله بازرسی، آگلومره های جزئی ممکن است قابل مشاهده نباشند و آزمایش های ظرافت ممکن است وضعیت پراکندگی واقعی را به طور کامل نشان ندهند. هنگامی که دوغاب در طول پوشش به یک لایه نازک تبدیل شد، ضخامت پوشش کاهش مییابد، ذرات در سطح متمرکزتر میشوند و نقصها مشخصتر میشوند - ذرات کوچکی که به راحتی تشخیص داده نمیشوند میتوانند به نقاط برجسته قابل مشاهده تبدیل شوند.
در طول عملیات پوشش دهی مداوم، دوغاب به طور مکرر به گردش در می آید و حمل می شود. لوله ها و تجهیزات نیروهای برشی را وارد می کنند و دما و محیط به طور مداوم تغییر می کنند. این عوامل می توانند به تدریج بر وضعیت دوغاب تأثیر بگذارند و باعث تجمع ذرات و تأثیر بر کیفیت پوشش شوند.
در دوغابهای با محتوای جامد بالا، ذرات جامد به هم نزدیکتر هستند، برهمکنشها قویتر هستند و حفظ پایداری سیستم دشوارتر است. در مقایسه با سیستمهای کم جامد، تجمع ثانویه پس از ذخیرهسازی و تشکیل ذرات پوششی هر دو احتمال بیشتری دارد.
در مرحله بازرسی، حجم نمونه محدود است، دوغاب به تازگی هم زده شده است و سیستم به طور موقت یکنواخت است. در تولید واقعی، دوغاب ذخیره سازی طولانی مدت، تغییر حالت در طول حمل و نقل و تقویت نقص در طول پوشش را تجربه می کند - بنابراین مشکلات ذرات فقط به تدریج آشکار می شوند.
ریزآگلومرههای تشکیلشده در طول ذخیرهسازی ممکن است آنقدر کوچک باشند که به وضوح در آزمایش ظرافت استاندارد ثبت نشوند، اما به اندازهای بزرگ باشند که پس از پوشش، بافت سطحی ایجاد کنند. بین آستانه تشخیص ابزارهای معمولی ظرافت و اندازه ذرات که در آن عیوب سطح پوشش قابل مشاهده است، فاصله وجود دارد.
ظرافت دوغاب با مشخصات مطابقت دارد، اما سطوح پوششی که ذرات را نشان میدهند اساساً نتیجه تجمع ثانویه، تغییر پایداری سیستم و اثر تقویت فرآیند پوشش است. هنگام تجزیه و تحلیل این نوع مشکل ذرات پوشش، توجه باید فراتر از ظرافت آسیاب گسترش یابد تا شامل یک ارزیابی جامع از پایداری پراکندگی دوغاب، وضعیت ذخیره سازی و تغییرات سیستم در طول عملیات پوشش مداوم باشد.
سوالات متداول
اگر تراکم در مراحل اولیه باشد و آگلومراها شل باشند، هم زدن مجدد می تواند تا حدی حالت یکنواخت را بازگرداند. هنگامی که آگلومراهای فشرده بیشتری پس از ذخیره استاتیکی طولانی تشکیل شدند - به ویژه در سیستم های با جامد بالا که ذرات تحت فشار گرانشی بوده اند - هم زدن مجدد ممکن است به طور کامل کیفیت پراکندگی اولیه را بازیابی نکند و همچنین ممکن است هوای اضافی ایجاد کند یا قوام را تغییر دهد.
ردیابی توزیع اندازه ذرات در چند نقطه زمانی پس از تولید - بلافاصله پس از اختلاط، پس از 24 ساعت و پس از دورههای نگهداری طولانیتر - و مقایسه نتایج حساستر از یک بررسی ظرافت است. افزایش اندازه ذرات در طول زمان ذخیره سازی مستقیماً نشان می دهد که تجمع ثانویه در حال رخ دادن است.
مکانیسمهای مشابه - تراکم ثانویه، از دست دادن پایداری سیستم و تقویت فرآیند پوشش - در دوغابهای الکترود باتری لیتیومی، خمیرهای فتوولتائیک، دوغابهای رسانا، مواد عملکردی سرامیکی و سایر سیستمهایی که ذرات ریز باید به طور پایدار از طریق ذخیرهسازی و عملیات پوشش دهی مداوم پراکنده شوند، اعمال میشود.