中国粉体网讯 目前航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域高性能装备的性能需求日渐严苛，核心零部件的制造精度必须迈进原子级水平，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义
原子精度制造是指表面的精度、结构的特征尺寸以及加工形成的损伤缺陷的尺寸/深度在数个原子直径范围内的新制造范式。在航空航天、核物理、微电子、光电子和半导体等国家战略领域，关键装备的性能是由核心零部件的制造精度所决定的。随着重大领域关键零部件核心性能要求的日渐严苛，表面精度、结构特征尺寸以及缺陷控制要求接近原子尺度，驱动制造精度从“纳米时代”向“原子时代”迈进。
当加工精度到达原子尺度时，材料不再能被继续无限细分，而是以原子作为单位来衡量，因此，不同材料原子间以及能量场和原子间的复杂作用关系是原子精度制造的核心科学问题。目前我国在超精密制造领域已经形成了一批具有原子精度制造潜力的原子级切削、原子有序排布、表面能弱化加工以及超衍射极限加工方法及技术，在实验室中初步验证了原子级精度加工的可行性。然而，由于原子尺度多种物理场和原子之间的核心作用机制仍不明确，原子级制造的探索缺少系统性的引导和规划，原子尺度的诸多新现象新机制亟待研究。因此，必须探索原子精度的制造新原理和新方法，突破原子逐个/层去除和构筑、原子精准排布调控以及原子级缺陷的弥补修复等颠覆性新技术，为我国先进制造的高质量发展提供新动能。
2、原子层沉积技术在表面改性方面的应用
作为制备超薄膜的一种方法，原子层沉积（ALD）最近在半导体以外的领域（如能源、环境、催化等）发现了广泛的应用。例如探索纳米颗粒的均匀涂层、多孔涂层和选择性表面改性。颗粒的均匀封装是保护超薄膜材料免受外部环境侵蚀的主要应用，同时保持原始颗粒的特性。多孔涂层已被开发出来，以同时暴露颗粒的表面并提供纳米孔，这是另一种重要的方法，证明了其在电极材料、催化和能源应用等方面的优势。选择性ALD将这种方法向前推进，以精确控制颗粒上装饰位点的方向性，并选择性地钝化不必要的面、位点或缺陷。这些方法为颗粒的原子尺度和精确表面功能化提供了实用的策略，并大大扩展了其潜在的应用。
从应用的角度来看，人们强烈希望稳定颗粒，因为它们具有巨大的表面积。对设计良好、精确控制的纳米结构的需求也在不断增加，以获得各种应用，如等离子体响应、物理限域、催化活性和选择性。例如，保形涂层膜主要用于分离颗粒与外部环境之间可能的相互作用，以防止颗粒因湿度和氧气而降解，同时保持初级颗粒的原始性质。
3、原子层沉积包覆改性技术优势
ALD作为一种新型的化学气相包覆手段，能够实现对被包覆材料不规则表面的完全赋型包覆，且包覆层厚度的控制精度可以达到0.1nm，相比传统的固相和液相包覆工艺，ALD在包覆均匀性和包覆修饰层厚度精准调控方面具备数量级上的优势。
它具有如下特点：①通过控制循环次数精确控制包覆厚度，可以得到0.1nm级超薄的包覆层。②包覆层非常均匀致密，孔隙率非常低。③生长温度较CVD低，部分包覆层材料可以室温下进行生长。④具有丰富的包覆材料选择性。此外，与其它沉积手段相比，ALD具有精确的膜厚、形状和成分控制；无需控制反应物通量；极佳的薄膜同质性，均匀性，致密性，完整性；极佳的大面积沉积；高的可重复性及简单的扩产工艺；低的薄膜生长温度。
由于具备以上优势特点，ALD粉体包覆技术可被广泛应用于：锂电池正负极材料包覆、催化剂寿命延长、金属粉体表面包覆改性、医药精准缓释等领域。2024年10月30日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览（上海）有限公司联合主办“2024粉体分散、改性、包覆技术研讨会”。届时复纳科学仪器(上海)有限公司产品经理庄思濛作《原子精度粉末表面修饰改性技术的应用》报告，为嘉宾分享原子精度制造技术及其在表面改性领域的应用研究进展。
参考来源：
苗虎，原子层沉积技术发展概况，北京航空航天大学
张振宇，原子精度制造新原理和新方法，大连理工大学
Kun Cao，Surface functionalization on nanoparticles via atomic layer deposition，Huazhong University of Science and Technology
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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