«Осаждение атомного слоя частиц выделяется как технология, которая может создавать новые интересные дизайнерские частицы ядра / оболочки, которые будут использоваться в качестве строительных блоков для следующего поколения сложных многофункциональных нанокомпозитов», — сказал доктор. Борис Фейгельсон, инженер-исследователь, NRL Electronics Science and Technology Division. «Наша работа важна, потому что толщина оболочки чаще всего является решающим параметром в приложениях, где материалы ядро-оболочка могут использоваться для улучшения характеристик будущих материалов."
Осаждение атомных слоев — это метод послойного выращивания тонких пленок на основе химического осаждения из газовой фазы, широко используемый в электронной промышленности для нанесения пленок диэлектрических материалов нанометровой толщины на устройства. В сочетании с другими методами осаждения и затенения, ALD является неотъемлемой частью производства электронных микросхем и устройств.
Тот же газофазный процесс может применяться во вращающемся реакторе или реакторе с псевдоожиженным слоем порошка для выращивания пленок нанометровой толщины, которые имеют высокую конформность и однородную толщину на отдельных частицах.
Предыдущие исследования p-ALD, запатентованные ALD NanoSolutions, Inc., показал, что рост каждого слоя во время процесса осаждения зависит от размера частиц, при этом предполагается, что более крупные частицы всегда будут иметь меньший рост. Чтобы наблюдать это явление роста, команда NRL вырастила оксид алюминия на частицах вольфрама нано- и микронных размеров и измерила толщину оболочки в просвечивающем электронном микроскопе. Из-за огромной разницы в массе / плотности двух материалов это сочетание обеспечивает максимальный контраст в электронном микроскопе, и границы ядра и оболочки частицы легко различимы.
В своих исследованиях ученые создали порошки ядра и оболочки, состоящие из ядра вольфрамовых частиц и тонкой оболочки из оксида алюминия, которые затем были синтезированы с использованием атомного послойного осаждения во вращающемся реакторе. Стандартное атомно-слоистое осаждение триметилалюминия и воды проводилось на различных партиях порошка с различным средним размером частиц.
«Удивительно, но мы обнаружили, что рост за цикл пленки оксида алюминия на отдельной частице в партии показал, что она не зависит от размера отдельной частицы и, следовательно, партии порошка, которая состоит из частиц размером порядка величина — имеет постоянную толщину оболочки на всех частицах.
Этот результат опровергает текущее понимание ALD на частицах ", — сказал д-р. Кедар Манандхар, постдок ASEE, NRL Electronics Science and Technology Division и ведущий автор исследовательской статьи.
Работа, недавно опубликованная в Journal of Vacuum Science and Technology A, предполагает, что вода, реагент в процессе ALD, является причиной одинаковой скорости роста на разных частицах. Такая однородность толщины частиц разного размера в конкретной партии определяется как сложность удаления остаточных молекул воды из порошка во время цикла продувки процесса осаждения атомного слоя (ALD). «Вода очень липкая, и с поверхностей очень трудно удалить последний однослойный слой», — говорит Фейгельсон. "А когда у вас есть переворачивающийся слой порошка, вода задерживается между частицами и приводит к постоянному росту скорлупы в переворачивающемся порошке.
Приложения для этого исследования демонстрируют значение использования в таких материалах, как стойкие к истиранию краски, катализатор с большой площадью поверхности, барьеры для электронного туннелирования, адсорбция или захват ультрафиолетового излучения в солнцезащитных фильтрах или солнечных элементах и даже за ее пределами, когда наночастицы ядро-оболочка используются в качестве строительных блоков для изготовления новые искусственные наноструктурированные твердые тела с беспрецедентными свойствами.