中國粉體網訊 目前航空航天、核物理、微電子、光電子和半導體等國家戰略領域高性能裝備的性能需求日漸嚴苛，核心零部件的制造精度必須邁進原子級水平，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、結構的特征尺寸以及加工形成的損傷缺陷的尺寸/深度在數個原子直徑范圍內的新制造范式。在航空航天、核物理、微電子、光電子和半導體等國家戰略領域，關鍵裝備的性能是由核心零部件的制造精度所決定的。隨著重大領域關鍵零部件核心性能要求的日漸嚴苛，表面精度、結構特征尺寸以及缺陷控制要求接近原子尺度，驅動制造精度從“納米時代”向“原子時代”邁進。
當加工精度到達原子尺度時，材料不再能被繼續無限細分，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雜作用關系是原子精度制造的核心科學問題。目前我國在超精密制造領域已經形成了一批具有原子精度制造潛力的原子級切削、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，在實驗室中初步驗證了原子級精度加工的可行性。然而，由于原子尺度多種物理場和原子之間的核心作用機制仍不明確，原子級制造的探索缺少系統性的引導和規劃，原子尺度的諸多新現象新機制亟待研究。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/層去除和構筑、原子精準排布調控以及原子級缺陷的彌補修復等顛覆性新技術，為我國先進制造的高質量發展提供新動能。
2、原子層沉積技術在表面改性方面的應用
作為制備超薄膜的一種方法，原子層沉積（ALD）最近在半導體以外的領域（如能源、環境、催化等）發現了廣泛的應用。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超薄膜材料免受外部環境侵蝕的主要應用，同時保持原始顆粒的特性。多孔涂層已被開發出來，以同時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、催化和能源應用等方面的優勢。選擇性ALD將這種方法向前推進，以精確控制顆粒上裝飾位點的方向性，并選擇性地鈍化不必要的面、位點或缺陷。這些方法為顆粒的原子尺度和精確表面功能化提供了實用的策略，并大大擴展了其潛在的應用。
從應用的角度來看，人們強烈希望穩定顆粒，因為它們具有巨大的表面積。對設計良好、精確控制的納米結構的需求也在不斷增加，以獲得各種應用，如等離子體響應、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，同時保持初級顆粒的原始性質。
3、原子層沉積包覆改性技術優勢
ALD作為一種新型的化學氣相包覆手段，能夠實現對被包覆材料不規則表面的完全賦型包覆，且包覆層厚度的控制精度可以達到0.1nm，相比傳統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調控方面具備數量級上的優勢。
它具有如下特點：①通過控制循環次數精確控制包覆厚度，可以得到0.1nm級超薄的包覆層。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；無需控制反應物通量；極佳的薄膜同質性，均勻性，致密性，完整性；極佳的大面積沉積；高的可重復性及簡單的擴產工藝；低的薄膜生長溫度。
由于具備以上優勢特點，ALD粉體包覆技術可被廣泛應用于：鋰電池正負極材料包覆、催化劑壽命延長、金屬粉體表面包覆改性、醫藥精準緩釋等領域。2024年10月30日在上海跨國采購會展中心，由北京粉體技術協會與柏德英思展覽（上海）有限公司聯合主辦“2024粉體分散、改性、包覆技術研討會”。屆時復納科學儀器(上海)有限公司產品經理莊思濛作《原子精度粉末表面修飾改性技術的應用》報告，為嘉賓分享原子精度制造技術及其在表面改性領域的應用研究進展。
參考來源：
苗虎，原子層沉積技術發展概況，北京航空航天大學
張振宇，原子精度制造新原理和新方法，大連理工大學
Kun Cao，Surface functionalization on nanoparticles via atomic layer deposition，Huazhong University of Science and Technology
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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