原子层沉积技术帮助解决国家未来能源需求

图注：三幅图演示了阳极氧化铝（AAO）与原子层沉积物化合物是如何为新型特定摧化剂提供精确控制和超统一多孔渗透的。图片来源：美国阿尔贡国家实验室

　　据physorg网站2007年7月23日报道，原子层沉积（ALD）具有制造更加有效和低成本太阳能电池、电晶体照明设备和工业摧化剂的应用前景。美国阿尔贡国家实验室研究人员正在对此技术进行完善。原子层沉积技术还具有改善超导体和分离膜的应用前景。

　　原子层沉积技术一个制造薄膜的技术，具有为复杂的和三维物体提供量身定做覆盖层的独特能力。科学家们将一个物体置于一个按照一定次序进行反应性气体脉冲的环境内，为物体表面覆盖上一层膜。当物体表面形成一个只有一个分子厚度的“单层”后，气体和物体表面之间的化学反应自然结束。原子层沉积技术可以沉淀包括氧化物、氮化物、硫化物和金属在内的各种各样材料。

　　是什么使原子层沉积技术比传统方法更加有效和灵活地制造薄膜呢，比如原子层沉积的蒸发作用使其能够为一个复杂物体的每一个角落和裂缝都覆盖上薄膜。

　　科学家利用这一方法制造了纳米结构摧化剂膜（NCM）。这些结构能够催化反应，比如将便宜的给料转变为非常贵重的产品和合成碳氢化合物燃料。阿尔贡国家实验室为纳米结构摧化剂膜申请了专利。

　　阿尔贡国家实验室能源系统部化学研究员杰弗里.埃兰说，“我们正在致力于测量摧化剂和在纳米结构催化剂膜内合成其它相应摧化材料的特性。”

　　埃兰与阿尔贡国家实验室材料科学部的迈克尔.皮林一道从事纳米结构摧化剂膜的研究，以便通过化学反应生产出能够帮助美国以更具成本效益和效率的方式持续发展的材料。

　　阿尔贡国家实验室研究人员的目标之一就是改善费－托合成法（FTS）中摧化剂的效率。费－托合成法用于制造合成气，即一氧化碳和氢的混合物，并将合成气转变为碳氢化合物燃料。包括天然气、碳或者生物质在内的许多种材料都可以制造合成气。

　　埃兰和皮林希望在十年或者二十年后，阿尔贡国家实验室研制的纳米结构摧化剂膜能够改善费－托摧化剂的效率，使其足以制造出清洁和无硫的经济燃料。

　　最近，阿尔贡国家实验室研究人员同时还在应用原子层沉积技术来制造使用发光二极管（LED）的电晶体照明设备。与白炽灯炮不同的是，发光二极管耗电更少，不会烧坏或者过热。发光二极管是通过半导体内电子运动来照明的。发光二极管被认为是现在最有效的光源。从数码显示器到交通灯，我们可以在许多电子设备中找到发光二极管的身影。

　　发光二极管需要一个电极为半导体材料提供电流，但是这一电极必须同时也是透明的，以便光能够发散出去。通常，该透明电极是由铟锡氧化物（ITO）制造而成的，然而铟锡氧化物对于批量生产而言却过于昂贵。

　　为了取代铟锡氧化物，阿尔贡国家实验室研究人员正在探索在一个磁场中排列金属纳米粒子链，从而制造出一个导电网络。科学家们将原子层沉积覆盖物应用在了这些导电网络中，以制造一种比发光二极管更加便宜的透明电极。该研究获得了美国能源部的资助，计划在2025年开发出先进电晶体照明设备技术。先进电晶体照明设备技术与传统照明技术相比更具能效、寿命更长和成本更低。

　　通过与西北大学合作，阿尔贡国家实验室研究人员同时还在研制将太阳光转换成电流的高效太阳能电池。使用原子层沉积技术，以制造纳米结构摧化剂膜类似的方法研制出染料敏化纳米晶体太阳能电池。纳米结构摧化剂膜制造方法是在纳米多孔渗水膜内表面精确沉淀合身的透明、导电氧化物和半导体层。

　　研究人员最终目标是将这些神奇的和非常有效的太阳能电池商业化。因为在制造过程中不需要昂贵的纯净硅（传统太阳能电池中通常需要昂贵的纯净硅），研究人员希望以非常低的成本生产电池。