Electrodeposition Module

Modellare e controllare i processi di elettrodeposizione

L'Electrodeposition Module, un componente aggiuntivo di COMSOL Multiphysics®, consente a tecnici e ricercatori di comprendere, ottimizzare e controllare i processi di elettrodeposizione mediante la simulazione. Si tratta di un approccio economicamente vantaggioso per studiare l'influenza di diversi parametri, tra cui la geometria della cella, la composizione dell'elettrolita, la cinetica di reazione dell'elettrodo, le tensioni e le correnti operative e gli effetti della temperatura.

Nell'Electrodeposition Module, una tipica simulazione fornisce la distribuzione della corrente sulla superficie degli elettrodi, nonché lo spessore e la composizione dello strato depositato. È possibile modellare diverse applicazioni, come la fabbricazione di conduttori elettrici e termici e l'elettroformatura di parti con forme complesse e sottili. È inoltre possibile combinare l'Electrodeposition Module con altri moduli della suite di prodotti COMSOL per espandere ulteriormente le sue capacità multifisiche e simulare, ad esempio, flussi turbolenti e bifase.

Contatta COMSOL
Modello di un wafer resistivo nella tabella dei colori Prism.

Cosa puoi modellare con l'Electrodeposition Module

L'Electrodeposition Module è adatto a un'ampia gamma di applicazioni.

Vista in primo piano di un modello di portiera d'auto nella tavola dei colori Prism.

Verniciatura elettrolitica

Studiare la deposizione di un rivestimento altamente resistivo, che porta a un cambiamento dinamico nella distribuzione della corrente sulle aree rivestite.

Vista in primo piano di un array di componenti che mostra lo spessore del catodo.

Elettrodeposizione

Indagare l'uniformità della placcatura in più componenti.

Vista in primo piano di un modello di cella elettrochimica che mostra il profilo di velocità.

Elettrofiltrazione1

Estrarre il rame da una soluzione elettrolitica e studiare il tasso di deposizione sulla superficie del catodo.

Vista in primo piano di un modello di microforo che mostra la densità di corrente.

Lavorazione elettrochimica

Analizzare un processo di lavorazione elettrochimica e il modo in cui la variazione della geometria influisce sul processo di rimozione del materiale.

Grafico 1D con undici linee.

Rivestimento inverso a impulsi

Attenuare le piccole protrusioni durante la deposizione del metallo mediante dissoluzione a impulsi inversi.

Vista in primo piano di un modello di scheda di circuito che mostra il campo elettrico.

Schede a circuito stampato (PCB)2

Simulare l'elettrodeposizione per la produzione di PCB.

Vista in primo piano dei componenti dell'anodo di alluminio che mostra lo spessore dello strato depositato.

Anodizzazione dell'alluminio

Ottenere un rivestimento protettivo o decorativo uniforme su metalli e plastiche simulando il processo di anodizzazione e ottimizzando la ricopertura degli elettrodi.

Vista in primo piano di una geometria deformata che mostra la concentrazione.

Specie adsorbenti–desorbenti

Modellare le cinetiche di adsorbimento e desorbimento in vias e trincee sottili.

  1. Richiede CFD Module
  2. Richiede ECAD Import Module

Caratteristiche e funzionalità dell'Electrodeposition Module

Scopri le caratteristiche per la modellazione di diversi fenomeni nelle celle di elettrodeposizione.

Vista in primo piano del Model Builder con il nodo Secondary Current Distribution evidenziato e un modello di placcatura decorativa nella finestra Graphics.

Distribuzione di densità di corrente primaria, secondaria e terziaria

COMSOL Multiphysics® e l'Electrodeposition Module forniscono agli utenti interfacce pronte e di facile utilizzo per la modellazione dei processi di elettrodeposizione. Le funzionalità di base sono coperte dalle interfacce Primary Current Distribution, Secondary Current Distribution e Tertiary Current Distribution. Queste consentono di modellare la distribuzione della corrente e la cinetica di superficie con curve di polarizzazione, e di includere nei modelli gli effetti di trasporto di massa e le reazioni di equilibrio in massa.

Scegliendo una di queste interfacce, l'utente può selezionare il livello di fedeltà necessario per ottenere una descrizione sufficientemente accurata del sistema in esame, sia che il modello debba includere solo effetti ohmici sia che abbia una maggiore complessità, come ad esempio quello che deve includere il trasporto di massa e le reazioni di equilibrio per più specie. COMSOL Multiphysics® consente di aggiungere senza problemi il numero di specie e reazioni necessarie per un determinato sistema fisico.

Vista in primo piano dell'elettrodo, delle impostazioni del nodo Shell e del modello di flusso della fontana nella finestra Graphics.

Conduzione di corrente in elettrodi shell

L'Electrodeposition Module include un'interfaccia Electrode, Shell per modellare la conduzione di corrente elettrica in direzione tangenziale su un contorno. L'interfaccia è adatta alla modellazione di elettrodi sottili in cui la variazione di potenziale nella direzione normale all'elettrodo è trascurabile. In questo caso, il dominio dell'elettrodo sottile viene sostituito da una formulazione di equazione differenziale parziale sul contorno. Questa sostituzione consente di ridurre le dimensioni del problema e di evitare potenziali problemi di anisotropia della mesh nello strato sottile.

Vista in primo piano delle impostazioni di Electrode Reaction e un grafico 1D nella finestra Graphics.

Cinetica delle reazioni elettrochimiche

L'Electrodeposition Module consente la modellazione di reazioni elettrochimiche di trasferimento di carica in cui le espressioni della cinetica possono essere funzioni arbitrarie delle variabili modellate. Queste includono, ad esempio, la concentrazione delle specie chimiche, il potenziale locale dell'elettrodo e dell'elettrolita all'interfaccia elettrodo-elettrolita e la temperatura.

Nell'interfaccia Secondary Current Distribution e nell'interfaccia Tertiary Current Distribution è possibile inserire parametri per la cinetica dell'elettrodo, come la densità di corrente di scambio, i coefficienti di trasferimento di carica anodica e catodica, la stechiometria e il potenziale di equilibrio per le reazioni dell'elettrodo nel sistema. È possibile aggiungere anche reazioni concorrenti su una singola superficie elettrodica, come l'evoluzione dell'idrogeno sull'elettrodo di placcatura. Inoltre, sotto il ramo Chemical Species Transport, è disponibile l'interfaccia Chemistry per la definizione di varie reazioni omogenee ed eterogenee.

Vista in primo piano delle impostazioni Bubbly Flow, Laminar Flow e di un modello di elettrofiltrazione nella finestra Graphics.

Analisi multifisiche avanzate

L'Electrodeposition Module può essere combinato con altri prodotti aggiuntivi della suite di prodotti COMSOL. Ciò consente all'utente di accoppiare la fisica che descrive un processo di elettrodeposizione o di etching con altri moduli, ad esempio con l'Heat Transfer Module per studiare gli effetti termici o con il CFD Module per comprendere gli effetti del flusso turbolento o bifase.

Vista in primo piano del Model Builder e di un modello di bobina induttrice nella finestra Graphics.

Strati elettrodepositati e composizione

Quando gli strati metallici depositati o le variazioni di spessore dell'anodo sono piccole, il modulo è in grado di tenere traccia dello spessore dello strato placcato e di come questo possa influenzare gli effetti ohmici nell'elettrodo, senza modificare effettivamente la geometria. Viene introdotta una variabile per lo spessore che influenza anche la conduttanza elettrica locale dell'elettrodo. Le variazioni dello spessore dell'elettrodo possono essere calcolate automaticamente dalle espressioni cinetiche dell'elettrodo definendo i coefficienti stechiometrici, la massa molare e la densità del metallo depositato o consumato per le reazioni dell'elettrodo.

Vista in primo piano del Model Builder e di un modello di trincea in rame nella finestra Graphics.

Geometria deformata per superfici di elettrodi in movimento

L'Electrodeposition Module contiene interfacce multifisiche predefinite per la modellazione in funzione del tempo delle deformazioni che si verificano come risultato dei processi di deposizione o dissoluzione nelle celle elettrochimiche. Tale modellazione prevede l'uso di una geometria deformante in cui le velocità dei contorni sono prescritte dalle reazioni elettrochimiche.

Inoltre, l'interfaccia Level Set e l'interfaccia Phase Field sono disponibili per la modellazione dell'elettrodeposizione, in cui la topologia della superficie dell'elettrodo cambia in seguito ai processi di elettrodeposizione.

Vista in primo piano delle impostazioni delle Transport Properties e un grafico 1D nella finestra Graphics.

Trasporto di materiale

L'Electrodeposition Module può essere utilizzato per modellare il trasporto di specie chimiche attraverso la diffusione, la convezione e la migrazione in soluzioni diluite. L'interfaccia Transport of Diluted Species in Porous Media è utilizzata per calcolare la concentrazione delle specie e il trasporto in mezzi liberi e porosi. Può essere utilizzata nei casi in cui il substrato in fase solida sia esclusivamente immobile o in cui si presuma che anche il mezzo di riempimento del gas sia immobile.

È disponibile un'interfaccia Nernst-Planck Equations per il calcolo delle concentrazioni negli elettroliti soggetti a campi elettrici. È inoltre disponibile per la modellazione di celle elettrochimiche generiche con gradienti di concentrazione significativi delle specie portatrici di corrente (ioni). Inoltre, l'interfaccia Surface Reactions può essere utilizzata per modellare il trasporto fickiano di specie superficiali.

Vista in primo piano del Model Builder con il nodo Heat Transfer in Solids evidenziato e un grafico 1D nella finestra Graphics.

Trasferimento di calore

Nelle celle elettrochimiche, possono verificarsi perdite di tensione irreversibili a causa del trasporto di carica nell'elettrolita o nei materiali conduttori solidi, dei sovrapotenziali di attivazione nelle reazioni elettrodiche e del calore di miscelazione. Inoltre, possono comparire fonti e dispersori di calore reversibili a causa delle variazioni di entropia nelle reazioni dell'elettrodo.

L'accoppiamento multifisico Electrochemical Heating è disponibile per definire le fonti di calore basate sulla somma del calore irreversibile (riscaldamento Joule e perdite di attivazione) e degli effetti del calore reversibile in un'interfaccia elettrochimica. È inoltre possibile utilizzare le variabili delle fonti di calore definite dalle interfacce elettrochimiche quando si impostano gli accoppiamenti manuali tra i diversi componenti di un modello.

Ogni esigenza di business e di simulazione è diversa. Per valutare se il software COMSOL Multiphysics® soddisfa o meno le vostre esigenze, non dovete fare altro che contattarci. Parlando con uno dei nostri tecnici commerciali, riceverete consigli personalizzati ed esempi completamente documentati per aiutarvi a ottenere il massimo dalla vostra valutazione e guidarvi a scegliere l'opzione di licenza migliore per soddisfare le vostre esigenze.

Basta cliccare sul pulsante "Contatta COMSOL", inserire i propri contatti ed eventuali commenti o domande specifiche, e inviare la richiesta. Riceverete una risposta entro un giorno lavorativo.

Il prossimo passo?

Richiedi una dimostrazione del software