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粉末原子層沉積技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)又有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

粉末原子層沉積包覆技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于鋰電、催化、金屬、制藥等領(lǐng)域。

那么，低成本的規(guī)模化粉末原子層沉積包覆技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

Forge Nano 目前已開發(fā)出成熟的商業(yè)化粉末原子層沉積 PALD 技術(shù)， 其采用大批次處理的流化床系統(tǒng)進(jìn)行粉末包覆的研究，并搭建了多種 PALD 系統(tǒng)。

粉末原子層沉積流化床系統(tǒng)：

在流體作用下呈現(xiàn)流(態(tài))化的固體粒子層稱為流化床。流化床方案是較為理想的一種分散方式，流化是將顆粒懸浮在移動(dòng)的流體中，使其表現(xiàn)為類液體狀態(tài)的一種方法。通過(guò)氣流的作用在粉未床層上下形成壓力差 ΔP，粉末在重力與壓力的雙重作用下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。流化會(huì)促進(jìn)顆粒與顆粒之間打開縫隙，從而有利于前驅(qū)體與每一個(gè)顆粒充分接觸。

流化床粉末原子層沉積包覆系統(tǒng)

Forge Nano 流化床系統(tǒng)

隨流體速度的不同，床層可具有不同的流化特性。如流速過(guò)低，則床層固定不動(dòng)，流體僅從顆粒間空隙流過(guò)，壓降 Δp 隨流速而增加。如流速增大到使壓降和單位橫截面上的床層重量相等，固體顆粒便開始浮動(dòng)，床層呈現(xiàn)流動(dòng)性，這種狀態(tài)稱為最小流化或起始流化。這時(shí)按空床橫截面計(jì)算的流速稱為起始流化速度或最小流化速度 Umf。流速再增大，床層將隨流速的增大而繼續(xù)膨脹，出現(xiàn)壓降穩(wěn)定、流動(dòng)性能良好的穩(wěn)定操作區(qū)，稱為正常流化。如流速繼續(xù)增大，則床層湍動(dòng)加劇，床面漸難辨認(rèn)。當(dāng)流速達(dá)到它對(duì)單個(gè)固體顆粒的曳力同顆粒的浮重相等時(shí)，顆粒便開始被氣流帶出。這時(shí)的空床流速稱為終端速度或帶出速度 ut，Umf 和 ut 值決定于顆粒和流體的性質(zhì)，它們是一般鼓泡流化床操作的上、下限。

粉末原子層沉積流化床技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1.相對(duì)較好的粉末分散效果，保證了包覆的均勻性，避免涂層厚度不均勻的問題

2.對(duì)于部分難揮發(fā)的低蒸汽壓前驅(qū)體，氮?dú)廨o助輸送可以促進(jìn)傳輸效率

3.更好的傳質(zhì)與傳熱效率，前驅(qū)體利用率較高，加快反應(yīng)效率

原子層沉積ALD 前驅(qū)體的表面吸附是一個(gè)快速的過(guò)程，其速率是由前驅(qū)體分子找到并與表面成核位置反應(yīng)的概率決定的。由于氣體擴(kuò)散路徑的增加，對(duì)于軟團(tuán)聚或黏合程度較高的粉末，這一過(guò)程將比平面原子層沉積 ALD 需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

高顆粒循環(huán)頻率的流化床系統(tǒng)可以促進(jìn)顆粒碰撞，避免未反應(yīng)的前驅(qū)體分子逃逸。氣固流化由于其較高的物理混合率和床層翻轉(zhuǎn)頻率從而具有較高的接觸效率。快速的混合還有助于創(chuàng)造一個(gè)對(duì)流渦旋，以保持等溫的條件，防止局部過(guò)熱。