中國粉體網(wǎng)訊 目前航空航天、核物理、微電子、光電子和半導(dǎo)體等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域高性能裝備的性能需求日漸嚴(yán)苛，核心零部件的制造精度必須邁進(jìn)原子級(jí)水平，亟需研究原子精度的高性能制造新原理和新方法。

1、原子精度制造的概念和研究意義

原子精度制造是指表面的精度、結(jié)構(gòu)的特征尺寸以及加工形成的損傷缺陷的尺寸/深度在數(shù)個(gè)原子直徑范圍內(nèi)的新制造范式。在航空航天、核物理、微電子、光電子和半導(dǎo)體等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域，關(guān)鍵裝備的性能是由核心零部件的制造精度所決定的。隨著重大領(lǐng)域關(guān)鍵零部件核心性能要求的日漸嚴(yán)苛，表面精度、結(jié)構(gòu)特征尺寸以及缺陷控制要求接近原子尺度，驅(qū)動(dòng)制造精度從“納米時(shí)代”向“原子時(shí)代”邁進(jìn)。

當(dāng)加工精度到達(dá)原子尺度時(shí)，材料不再能被繼續(xù)無限細(xì)分，而是以原子作為單位來衡量，因此，不同材料原子間以及能量場和原子間的復(fù)雜作用關(guān)系是原子精度制造的核心科學(xué)問題。目前我國在超精密制造領(lǐng)域已經(jīng)形成了一批具有原子精度制造潛力的原子級(jí)切削、原子有序排布、表面能弱化加工以及超衍射極限加工方法及技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中初步驗(yàn)證了原子級(jí)精度加工的可行性。然而，由于原子尺度多種物理場和原子之間的核心作用機(jī)制仍不明確，原子級(jí)制造的探索缺少系統(tǒng)性的引導(dǎo)和規(guī)劃，原子尺度的諸多新現(xiàn)象新機(jī)制亟待研究。因此，必須探索原子精度的制造新原理和新方法，突破原子逐個(gè)/層去除和構(gòu)筑、原子精準(zhǔn)排布調(diào)控以及原子級(jí)缺陷的彌補(bǔ)修復(fù)等顛覆性新技術(shù)，為我國先進(jìn)制造的高質(zhì)量發(fā)展提供新動(dòng)能。

2、原子層沉積技術(shù)在表面改性方面的應(yīng)用

作為制備超薄膜的一種方法，原子層沉積（ALD）最近在半導(dǎo)體以外的領(lǐng)域（如能源、環(huán)境、催化等）發(fā)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。例如探索納米顆粒的均勻涂層、多孔涂層和選擇性表面改性。顆粒的均勻封裝是保護(hù)超薄膜材料免受外部環(huán)境侵蝕的主要應(yīng)用，同時(shí)保持原始顆粒的特性。多孔涂層已被開發(fā)出來，以同時(shí)暴露顆粒的表面并提供納米孔，這是另一種重要的方法，證明了其在電極材料、催化和能源應(yīng)用等方面的優(yōu)勢。選擇性ALD將這種方法向前推進(jìn)，以精確控制顆粒上裝飾位點(diǎn)的方向性，并選擇性地鈍化不必要的面、位點(diǎn)或缺陷。這些方法為顆粒的原子尺度和精確表面功能化提供了實(shí)用的策略，并大大擴(kuò)展了其潛在的應(yīng)用。

從應(yīng)用的角度來看，人們強(qiáng)烈希望穩(wěn)定顆粒，因?yàn)樗鼈兙哂芯薮蟮谋砻娣e。對設(shè)計(jì)良好、精確控制的納米結(jié)構(gòu)的需求也在不斷增加，以獲得各種應(yīng)用，如等離子體響應(yīng)、物理限域、催化活性和選擇性。例如，保形涂層膜主要用于分離顆粒與外部環(huán)境之間可能的相互作用，以防止顆粒因濕度和氧氣而降解，同時(shí)保持初級(jí)顆粒的原始性質(zhì)。

3、原子層沉積包覆改性技術(shù)優(yōu)勢

ALD作為一種新型的化學(xué)氣相包覆手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對被包覆材料不規(guī)則表面的完全賦型包覆，且包覆層厚度的控制精度可以達(dá)到0.1nm，相比傳統(tǒng)的固相和液相包覆工藝，ALD在包覆均勻性和包覆修飾層厚度精準(zhǔn)調(diào)控方面具備數(shù)量級(jí)上的優(yōu)勢。

它具有如下特點(diǎn)：①通過控制循環(huán)次數(shù)精確控制包覆厚度，可以得到0.1nm級(jí)超薄的包覆層。②包覆層非常均勻致密，孔隙率非常低。③生長溫度較CVD低，部分包覆層材料可以室溫下進(jìn)行生長。④具有豐富的包覆材料選擇性。此外，與其它沉積手段相比，ALD具有精確的膜厚、形狀和成分控制；無需控制反應(yīng)物通量；極佳的薄膜同質(zhì)性，均勻性，致密性，完整性；極佳的大面積沉積；高的可重復(fù)性及簡單的擴(kuò)產(chǎn)工藝；低的薄膜生長溫度。

由于具備以上優(yōu)勢特點(diǎn)，ALD粉體包覆技術(shù)可被廣泛應(yīng)用于：鋰電池正負(fù)極材料包覆、催化劑壽命延長、金屬粉體表面包覆改性、醫(yī)藥精準(zhǔn)緩釋等領(lǐng)域。2024年10月30日在上海跨國采購會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽（上海）有限公司聯(lián)合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術(shù)研討會(huì)”。屆時(shí)復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司產(chǎn)品經(jīng)理莊思濛作《原子精度粉末表面修飾改性技術(shù)的應(yīng)用》報(bào)告，為嘉賓分享原子精度制造技術(shù)及其在表面改性領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。

參考來源：

苗虎，原子層沉積技術(shù)發(fā)展概況，北京航空航天大學(xué)

張振宇，原子精度制造新原理和新方法，大連理工大學(xué)

Kun Cao，Surface functionalization on nanoparticles via atomic layer deposition，Huazhong University of Science and Technology

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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