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原子层沉积系统在粉末材料中的应用

更新时间:2022-09-26点击次数:348
  粉末材料因为较高的比表面积和表面缺陷的限制,存在易团聚,寿命短等缺陷,制约了其应用的发展。为了克服这些缺陷,采用粉体表面改性的方式可极大程度的提升。传统的液相包覆或气相包覆手段都无法实现均匀以及厚度的精密控制,限制了包覆技术的进一步发展。原子层沉积技术(ALD)是一种自限制性的化学气相沉积手段,通过将目标反应拆解为若干个半反应,实现表面涂层的原子层级厚度控制(0.1-100nm)。
  利用该技术制备的涂层具有:共形,无针孔,均匀的特点,而利用原子层沉积方法在粉末表面构筑涂层的方式被称为——粉末/颗粒原子层沉积(PALD)。使用该法可以制备金属单质,金属氧化物,氮化物,硫化物,磷酸盐,多元化合物以及有机聚合物等涂层。
  与同质量或体积的平面样品相比,粉末材料的比表面积会高出几个数量级。而想要实现粉末表面的全覆盖,ALD反应的时间会更长,单周期反应时间会从分钟到小时不等。更长的反应时间决定了更大量的前驱体消耗(单周期多次加药)以及对反应物及产物的在线监测。而平面ALD设备的腔室尽可能设计的小,同时由于半导体ALD工艺较快的反应周期,一般会选择测试镀层厚度或质量的变化,而不会监测反应物和产物的变化,但这并不适用于粉末样品。粉末ALD设备会考虑到大批量单次加药的需求,并利用在线质谱实时监测反应过程中前驱体以及产物的变化,从而判断涂层生长的状况。

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