近日，我校化工學院功能膜與電子化學品團隊青年教師莊黎偉博士，與美國約翰霍普金斯大學、北卡羅來納州立大學等單位合作，開發了一套原子層沉積（ALD）技術在多孔材料納米孔道內進行薄膜沉積的數值模型，可用于預測2-5納米孔道內前驅體擴散、吸附、脫附、沉積反應以及孔道收縮直至堵塞的動態過程。該研究工作以“Modeling of deposit formation in mesoporous substrates via atomic layer deposition: insights from pore-scale simulation”為題（DOI：10.1002/aic.17889），發表于美國化學工程師協會會刊AIChE Journal上。

圖片說明：AIChE, e17889（左）；AIChE, e17305封面&編輯之選（右）

作為集成電路先進制程中薄膜沉積的核心工藝，ALD可以在大尺寸（8-12英寸）晶圓納米孔道內沉積埃米級精度的功能薄膜。基于ALD薄膜的保型性和均勻性，美國約翰霍普金斯大學Michael Tsapatsis教授和威斯康辛大學的Xiaoli Ma教授，前期開發了以ALD為核心單元操作（Unit operation）的“配體誘導選擇性滲透化（Ligand-induced permselectivation, LIPS）”方法，制備了高性能丙烯-丙烷ZIF氣體分離膜（Science, 2018, 361(6406): 1008-1011）。針對ZIF氣體分離膜制備過程優化和放大問題，莊黎偉博士前期從反應器傳遞過程入手，聯合Peter Corkery博士、Dennis T. Lee博士，共同建立了Veeco Savannah S200型號ALD反應器CFD模型和模擬技術（AIChE，e17305封面&編輯之選）。近期，莊黎偉博士與美國高校遠程合作，共同開發了介孔基底內ALD薄膜沉積過程的動力學模型，預測了2-5納米孔道內反應-擴散以及孔道隨ALD循環數收縮直至堵塞的過程，提出了平面型和深孔型同步沉積機理，最后通過膜分離滲透性實驗和在線石英晶體微天平（QCM）實驗驗證了模型和機理（AIChE，e17889）。相關研究工作為基于ALD技術分離膜制備過程的優化和放大奠定了理論和技術基礎，其模型和模擬方法已應用于多種商業化ALD反應器的優化和新型ALD反應器的開發。

上述研究共同第一作者分別為我校化工學院碩士研究生顧皓（導師：許振良教授）和約翰霍普金斯大學Dennis T. Lee博士、Peter Corkery博士，通訊作者為我校化工學院青年教師莊黎偉博士和美國工程院院士Michael Tsapatsis教授。計算模擬研究得到了美國工程院院士Yannis Kevrekidis教授的指導。ALD-QCM實驗得到了ALD領域著名學者Gregory Parsons教授及其團隊的協助。我校化工學院許振良教授和戴干策教授給予了大力指導與幫助。研究工作得到了國家自然科學基金委和美國能源部的資助。