桑迪亚生产常温陶瓷涂料，使设计，制造灵活

研究人员Pylin Sarobol以一种相当不优雅的方式解释了一种超细晶陶瓷涂层的优雅方法——亚微米粒子溅落到表面上。yabo214

…的关键部分桑迪亚国家实验室项目涉及到利用飞溅作用来动态地铺设陶瓷涂层。Sarobol和她的同事能够避免处理钛酸钡和氧化铝等陶瓷所需的高温，在室温下使高速亚微米陶瓷颗粒溅落在表面。yabo214

在室温下进行涂层，微电子设计和制造变得更加灵活。这可能会在某一天为更先进的、更便宜的微电子部件铺平道路。动力学过程创造出高强度的纳米晶体薄膜，可以用作防腐、磨损、氧化和其他相关的保护涂层。

Sarobol从事添加剂制造和涂层的工作，他说，将陶瓷涂层和类似的硬质材料结合起来，然后将它们与熔化温度相对较低的材料结合到设备中，这是很困难的。亚博网站下载

由于陶瓷组件是在大约1300°F(700°C)或更高的温度下制造的，因此很难将它们与机械和电子设备中具有特定功能的某些材料合并。亚博网站下载例如，现有的微型波导需要微加工出一个微型的电磁材料，并将其粘贴到另一种材料上。

在室温下放置陶瓷的能力意味着你可以同时处理陶瓷和低熔点的材料。亚博网站下载例如，你现在可以把陶瓷放在铜上。之前你必须先做陶瓷，然后把铜放在上面。这个过程是关于能够将材料，尤其是陶瓷，与其他材料整合在一起。亚博网站下载

Pylin Sarobol，桑迪亚国家实验室研究员

它为制造提供了新的可能性——结合微型传感器或电容器或混合材料的电路。亚博网站下载“你可以想象将功能材料喷涂到电路板上，而不是高温加工，然后再进行繁琐的手工亚博网站下载组装，”Sarobol说。

利用动能和材料性质亚博网站下载

而不是热，气溶胶沉积应用动能和特殊材料性质可在微和纳米尺度。

关于这个过程还有很多需要学习的地方。

我们真的需要花时间去理解工艺参数，它们是如何与最终的微观结构以及我们所需要的最终材料性能相联系的。当我们考虑设计一种新设备时，我们需要记住结构-工艺-性能的关系，给自己时间进行研究，优化，并了解如何使涂层的性能更好。

Pylin Sarobol，桑迪亚国家实验室研究员

然而，室温微尺度涂层不会是一个通用的解决方案，因为该过程会产生纳米晶体结构——不适合用于微电机、微执行器或电容器等应用，这些应用需要大晶粒结构来增强设备操作，她说。

“气溶胶沉积涂层是由微小的20纳米晶体组成的，我们通常称之为晶体或颗粒，”Sarobol说。“当我们加热涂层时，这些微小的晶体生长，性能发生变化。通过控制微晶的大小，我们可以以可预测的方式调整性能，制造出功能更强的设备。”为各种应用程序。

在世界上很少有地方研究这种室温、动力学的涂层方法。Sarobol的初步研究被用作一个为期两年的项目的首席研究员，“室温固态陶瓷沉积”，该项目持续到2016年3月。它使人们更好地理解了涂料的标准构建模块和过程中涉及的科学元素。

下一步是优化工艺，扩大可制造的材料，并为可能的应用开发它们，这可能需要几年的时间。亚博网站下载

简而言之，它的工作原理是:在气溶胶沉积中，喷嘴加速悬浮在气体中的亚微米粒子向表面移动。yabo214颗yabo214粒接触并粘在一起，形成一层一层的涂层。

尖端技术是应用亚微米粒子(比人类头发的厚度小50倍)，这将yabo214允许研究人员利用只在小尺度上的材料特性，并触发气溶胶粒子的塑性变形。亚博网站下载

塑性变形，或称塑性，是一种使物质由于施加应力而永久改变形状或大小的方法。正是亚微米颗粒的可塑性导致了后续沉积层的固结，并产生了构建层的连续表面yabo214。

另一个建议是在真空中沉积，这有助于降低反射气体对飞行粒子的影响。yabo214高速载气从沉积基板的反射会产生“弓形激波”，这是一种气体边界层，对于最微小的粒子来说很难进入。yabo214

然而，在真空中，被反射的气体被扩散，使得弓形激波层更薄。运动速度快的小粒子具有较高yabo214的动量，能够通过较薄的弓形激波层。在没有真空的情况下，弓形激波层较大，粒子没有足够的动量进入衬底。yabo214

塑性变形对工艺至关重要

通过弓形激波层维持粒子的动能来实现材料的塑性变形是很重要的。无塑性变形，无粘镀层。

当基底或另一层受到粒子的冲击时，它会通过位错形核和滑移的过程发生塑性变形并改变形状。Sarobol的团队发现，粒子具有纳米断裂，使它们“像yabo214飞溅的曲奇面团一样落在基板上，形成煎饼形状的颗粒。”

随后的粒子撞击并变形，压缩原始层，形成更紧密的纽带。

这样一来，材料既会变形，也会改变形状，还会亚博网站下载断裂，而不会破碎，最后，后续的颗粒会夯实，帮助涂层的形成。yabo214

Pylin Sarobol，桑迪亚国家实验室研究员

这些机制使多层涂层可以实现，形成几十微米厚的涂层。“我们已经制造了40微米厚的镍镀层，我在文献中看到过陶瓷镀层厚度高达80微米的报道。”Sarobol说。

利用这项技术，该团队已经有效地沉积了许多材料，包括镍、钛酸钡、铜、二氧化钛、氧化铝和碳化物。亚博网站下载这些材料的可能应用范围包括电阻、电容、电接触器、电感器和磨损表面。亚博网站下载

钛酸钡薄膜在高压系统中的一个重要应用是电场管理。例如，在介质材料(钛酸钡)接触铜电极和空气时，高压电容器往往会失效，形成三种材料的结。

“如果你在这个接点喷洒钛酸钡，就有可能生产更高功率的电容器，”Sarobol说。”在我们创造出足够优秀的游戏属性之前，我们还有很多工作要做。”

其他研究人员热衷于保护涂层，电接触，或巩固脆弱和金属间化合物的第一次。

该工艺还涵盖了两种成熟技术之间的微尺度空间，热喷雾技术和薄膜。薄膜是一种大小从纳米到几微米不等的涂层。它们可以被定义为精确的电路，并通过光刻方法而不是传统的印刷电路板来绘制图案。热喷涂技术可以制造从大约50 μm到几厘米的涂层。

“这可以弥补缺失的差距，你可以开始沉积数百纳米到100微米的材料，”亚博网站下载Sarobol说。