CN103890228A - 包括利用原子层沉积而沉积有材料以用于增加刚度和强度的纤维的纺织物 - Google Patents
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Abstract
实施例涉及利用原子层沉积（ALD）在纤维或含纤维材料上沉积一个或多个材料的层，以提供或增强纤维或含纤维材料的功能性。这样的功能性包括纤维或含纤维材料的例如更高的刚度、更高的强度、增加的对弯曲的耐受、增加的对冲击的耐受或者增加的对张应力的耐受。在纤维或含纤维材料上沉积包覆材料的层，并且然后氧化、硝化或碳化材料的表面以增加材料的体积。通过增加材料的体积，材料经受压应力。压应力使得纤维或含纤维材料更具刚性、更强并且更耐受弯曲力、冲击或张力。
Description
技术领域
本公开涉及利用原子层沉积在纤维或纺织物上沉积材料，以增加刚度或者向纤维或纺织物提供其它有用的特性。
背景技术
纤维通常缺少针对各种应用而言足够的强度或刚度。因此，为了更高的强度和刚度，经常将多条纤维互锁为纱线（yarn）。然后将纱线用于生产纺织物、钩织物、编织物和绳索。可替换地，纤维（例如碳纤维）可以与其它材料（例如聚合物）组合，以产生牢固而经济上可行的复合物。此类复合物的示例除其他之外包括碳纤维增强聚合物（CFRP）。除了碳纤维，CFRP还可以包括凯芙拉（Kevlar）、铝或玻璃纤维以用于增加强度和改善性质。
为了增加强度或刚度，纤维可以包覆（coat）有材料。然而，当这种纤维被弯曲超过一定的曲率或者拉长超过一定的程度时，纤维倾向于在它们的表面上形成破裂或其它缺陷。图1是经受弯曲力F的包覆有材料102的纤维100的截面图。随着纤维100被弯曲（如图1所示），纤维100的上部和包覆材料102经受张应力（在图1中表示为“T”），而纤维100的下部经受压应力（在图1中表示为“C”）。当张应力超过一定的限度（例如当纤维100被弯曲超过一个角度），包覆材料可能由于内聚破坏（由标号104示出）和粘着破坏（由标号108示出）而破裂。类似的破裂可以在纤维100和包覆材料102被拉拽或者经受张应力时产生。除了由这些包覆材料所提供的功能的退化之外，在包覆材料上形成的破裂还导致纤维的强度或刚度降低。
当使用细纤维时，在纤维上包覆材料的传统方法可能是不够的。即，材料可能不能以保形（conformal）的形式包覆在纤维上，并且包覆材料的厚度可能没有薄到足以获得希望的功能和性质。
发明内容
本发明的实施例涉及在纤维或含纤维材料上沉积材料以增加纤维或含纤维材料的强度或刚度。将源前体注入到纤维或含纤维材料上，随后将反应物前体注入到纤维或含纤维材料上，以利用原子层沉积（ALD）在纤维或含纤维材料上沉积材料的层。通过将层的至少外部部分转换为另一种材料来在层的至少部分中引起压应力。经转换的材料与未转换的材料相比具有更大的体积，并且因此在层中引入压应力。
在一个实施例中，转换包括氧化、硝化或碳化未转换的材料。
在一个实施例中，沉积的材料包括多晶材料。通过氧化、硝化或碳化多晶材料的外表面和晶界的至少部分来引起压应力。
在一个实施例中，多晶材料包括半导体、金属化合物或金属中的至少一种。多晶材料层可以包括TiN。
在一个实施例中，在经氧化、硝化或碳化的多晶材料层的表面上沉积非晶态材料层。非晶态材料层可以包括Al2O3或SiO2中的至少一种。
在一个实施例中，纤维包括碳纤维。
在一个实施例中，反应物前体包括通过使气体暴露于等离子体中而生成的自由基（radical）。
在一个实施例中，沉积的层包括非晶态材料。非晶态材料可以是Al2O3或SiN。
实施例还涉及纺织物，其包括多个纤维，其中每个纤维利用原子层沉积（ALD）在其表面上沉积有材料的层，以增加强度或刚度。经处理的层通过氧化、硝化或碳化材料层的部分而在材料的表面上形成，以在沉积的材料层中引起压应力。经处理的层至少部分地扩散到材料层的晶界中。材料层中的压应力增加每个纤维的强度或刚度。
在一个实施例中，沉积的层包括多晶材料。通过氧化、硝化或碳化多晶材料的外表面和晶界的至少部分而引起压应力。
附图说明
图1是示出在传统纤维中的内应力以及在纤维上的包覆材料的破坏的截面图。
图2A是根据一个实施例的沉积有多晶材料层的纤维的截面图。
图2B是根据一个实施例的多晶材料表面和晶界的至少部分被氧化、硝化或碳化的图2A的纤维的截面图，。
图2C是根据一个实施例的沉积有非晶态层的图2B的纤维的截面图。
图3A是根据一个实施例的沉积有材料的纤维的截面图。
图3B是根据另一实施例的沉积有材料的纤维的截面图。
图4是根据一个实施例的用于利用原子层沉积在纤维或纺织物上沉积材料的装置的透视图。
图5是根据一个实施例的用于在纤维或纺织物上沉积材料的装置的截面图。
图6是根据另一实施例的用于在纤维或纺织物上沉积材料的装置的截面图。
图7是示出根据一个实施例的在纤维或含纤维材料上沉积材料的方法的流程图。
具体实施方式
通过参照附图来描述实施例。然而，本文中公开的原理可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。在说明中，省略了公知的特征和技术的细节，以避免不必要地使实施例的特征模糊。
在附图中，附图中相似的标号表示相似的元件。为了清楚的目的可能夸大附图的形状、尺寸和区域等等。
实施例涉及，利用原子层沉积（ALD）在纤维或含纤维材料上沉积一个或多个材料的层以增加刚度或强度来提供对弯曲、冲击或张力的耐受性。在纤维或含纤维材料上沉积材料的层，并且然后氧化、硝化或碳化沉积的材料的至少部分以在材料层中引起压应力。沉积的材料可以是多晶材料或非晶态材料。压应力使得纤维或纺织物更坚硬、更强并且更耐受弯曲力、冲击或张力。进一步地，纤维或纺织物可以包覆有附加材料以避免氧化或者避免被夜视相机检测到。
本文描述的含纤维材料指任意的含纤维材料。含纤维材料包括例如纱线、纺织物和复合材料。在含纤维材料中的纤维可以相互互锁或者可以不相互互锁。
本文描述的一个或多个材料的层可以在纤维被并入到含纤维材料中之前或之后被沉积在纤维上。
示例的包覆有材料的纤维或纺织物
纤维或含纤维材料可能缺少希望的性质，比如刚度或强度，这可能导致对弯曲力、冲击或拉应力的耐受性的减少。为了增加刚度或强度，纤维或含纤维材料可以沉积有增强刚度或强度的材料。然而，沉积的材料经常在沉积材料后经受拉应力。从而，当纤维或含纤维材料因为其它原因而被弯曲或经受拉应力时，沉积的材料易受到破裂或其它缺陷。
特别地，当在纤维或含纤维材料上沉积的材料是多晶材料时，材料的晶界具有更高的自由能，并且经常处于不稳定状态。此外，晶粒之间的键合力通常很弱。因此，由多晶材料形成的层具有较差的阻挡（barrier）特性，并且易受到破裂或从晶界传播的其它破坏。
在一个或多个实施例中，通过在纤维或含纤维材料上沉积多晶材料之后扩大晶粒的体积来增加含纤维材料的纤维的刚度或强度。可以通过氧化、硝化或碳化多晶材料的表面或者晶界的至少部分来增加晶粒的体积。
可替换地，可以在纤维或纤维包覆材料上沉积非晶态材料，而不是利用多晶材料沉积纤维或含纤维材料。可以将非晶态材料的外部区域氧化、硝化或碳化以扩大体积，并且在材料的外部区域中引入压应力。
图2A是根据一个实施例的，沉积有多晶材料层204的纤维200的截面图。虽然图2A示出沉积有多晶材料层204的单个纤维200，但是可以利用原子层沉积（ALD），使全部纱线、纺织物或任何其它含纤维材料沉积有多晶材料层204。在一个实施例中，多晶材料为TiN，并且使用沉积设备所得的厚度为
到
这在下文中参照图4至图6详细描述。在其他实施例中，多晶材料可以是一种或多种半导体材料（例如Si、Ge）、金属（例如Al、Ti、Ta）、具有高熔点的金属化合物（例如TiAlN、TiCN、WC）。
将ALD用于沉积多晶材料层204是有益的，除了其它原因之外，一个原因是层204以保形的方式、以比其它沉积方法更低的沉积温度沉积在纤维200上。
纤维200可以是碳纤维或任意其它纤维。在纤维包括碳的实施例中，起始沉积层可以与碳原子反应以形成更强的与纤维的接合。例如，当碳纤维沉积有TiN时，起始TiN薄膜的层与碳纤维中的碳原子反应并且形成TiCN层。TiCN层有益地增加碳纤维与进一步在TiCN层上沉积的TiN层204之间的接合力。
在TiCN层上形成TiN的多晶层204后，使纤维200暴露于氧气、H2O、臭氧、O*自由基或它们的组合，以将TiN层205的表面和晶界氧化为TiON。通过使这些氧化剂扩散进入TiN层204的晶界来氧化晶界。因为氧化剂的扩散程度随着TiN层深度而减小，所以TiN层204的被氧化的部分倾向于在表面更宽，而随着朝着纤维200的深度而变得更细。氧化的结果是，TiON层208的截面形状为倒三角形，其至少部分地延伸进入TiN层204的晶界。
因为TiON与TiN相比占用更多的体积，所以沉积材料的总体积随着TiN层204的表面和晶界被氧化为TiON层208而增加。然而，由于TiN层204和TiON层208接合到纤维200，因此这些层的空间扩展是受限的。作为结果，这些层代替地经受压应力。
此外，TiON与TiN晶粒的接合比TiN晶粒之间的接合更强。从而，破裂较不可能在TiON的边界与TiN晶粒的边界之间产生。作为结果，将在边界之间的TiN氧化为TiON进一步地增加了纤维的强度。在一个或多个实施例中，TiON层的厚度为5至
TiON与TiN相比还更耐受扩散。因此TiON层208也起到扩散阻挡层作用，以避免其它材渗入纤维200。
可替换地，可以使用例如C*自由基来碳化TiN层204。作为结果，TiCN层在TiN层的表面形成，并且还渗入TiN的晶界。TiCN层也具有与TiN层相比更大的体积，并且从而TiCN层在TiN层的表面形成并且TiCN层渗入晶界导致TiN和TICN层中的压应力。此外，TiCN与TiN相比更耐受扩散，并且因此TiCN起到用于阻挡的扩散阻挡层的作用。
由氧化、硝化或碳化多晶层形成的层有益地增加纤维的刚度或强度，并且也起到用于纤维的扩散阻挡层的作用。
在一个实施例中，在经氧化、硝化或碳化的多晶层上沉积非晶层。例如，在经氧化、硝化或碳化的多晶层上沉积厚度为10至
的Al2O3或SiO2层。非晶层减少与多晶层包覆相关联的问题，因为非晶层可以具有拉应力，并且组合不同应力薄膜导致刚性（stiffness）增加。
在一个实施例中，可以在纤维或含纤维材料上沉积多组TiN和TiON层。沉积TiN和形成TiON的工艺可以重复预定的次数，以在纤维或含纤维材料上沉积多组TiN/TiON层来进一步增加纤维或含纤维材料的刚度或强度。
在另一实施例中，通过将工艺重复预定的次数，在纤维上沉积多组层，每个组包括TiN层、TiON层和非晶层。
图3A是根据一个实施例的、沉积有材料的纤维300A的截面图。纤维300A可以是碳纤维，其然后利用厚度为t1a的第一材料（例如TiN、Al2O3、SiN）；通过氧化、硝化或碳化第一材料（例如TiON、TiCN、AlON、SiO2）形成的厚度为t2a的层320A；以及厚度为t3a的非晶层330A进行沉积。在一个实施例中，厚度t1a为10至厚度t2a为5至并且厚度t3a为10至
沉积层310A、320A、330A的工艺可以重复预定的周期数以在纤维300A上沉积层的组。
在另一实施例中，在沉积多晶层之前在纤维上沉积非晶层。如图3B所示，例如首先利用ALD在纤维300B上形成Al2O3或SiO2的非晶层330B。随后，在非晶层330B上沉积多晶层320B。最后将多晶层320B氧化、碳化或硝化，以形成最终层310B。非晶层330B的厚度为t1b，多晶层320B的厚度为t2b，并且经氧化、碳化或硝化的层310B的厚度为t3b。厚度t1b为10至
厚度t2b为10至
并且厚度t3b为5至
沉积层310B、层320B、层330B的工艺可以重复预定的周期数以在纤维300B上沉积层的组。
代替在纤维上沉积多晶材料，可以在纤维上沉积非晶态材料。例如，可以使用三甲基铝（TMA）作为源前体在纤维上沉积Al2O3，随后使用吹扫气吹扫物理吸附在纤维上的TMA，并且然后将从H2O、O3、O2等离子体或N2O等离子体生成的反应物前体注入到纤维上。这种Al2O3层通常具有5×109至1×1010达因/厘米2的张应力。
然后使Al2O3层暴露于O*自由基和/或N*自由基，该自由基是通过在包括O2和NH3或者N2O和NH3的气体中引起等离子体而生成的。NH3的百分比可以被保持在低于30%，这是因为过多的NH3倾向于产生可以对沉积工艺造成负面影响的粒子。以这种方式，Al2O3的外围被转换为AlON，其与Al2O3相比体积增加。AlON层经受大约1×109至5×109达因/厘米2的压应力。
作为在纤维上沉积Al2O3和AlON的结果，纤维变得对弯曲更稳健，并且变得更坚硬。可以以交替的方式在纤维上沉积多层Al2O3和AlON以增加对弯曲的耐受力和硬度。
在纤维上形成的Al2O3层的厚度可以小于纤维直径的2%。Al2O3层的厚度可以是
至
非晶态材料还可以是SiN。可以使用HMDS（六甲基二硅氮烷：(CH3)3-Si-NH-Si-(CH3)3）作为源前体、和N*自由基作为反应物前体在纤维上沉积SiN。SiN层的厚度可以小于纤维直径的2%。SiN层的厚度可以是
至
可以将SiN层的外围暴露于O*自由基以将SiN层的被暴露部分转换为SiO2。SiO2与SiN相比具有更大的体积，并且从而，在沉积材料中引入压应力。
沉积设备的示例
图4是根据一个实施例的沉积设备400的透视图。尽管沉积设备400被示出为在纺织物上沉积材料的层，相同的沉积设备400可以用于在纤维或其它含纤维材料上沉积材料的层。
沉积设备400除其它部件之外可以包括上反应器430A和下反应器430B。纺织物420从左向右移动（如箭头414所示），并且从上反应器430A和下反应器430B之间经过，纺织物420沉积有材料的层440。在一个实施例中，层440为多晶层，该层是通过氧化、碳化或硝化多晶层或非晶层而形成的。
整个沉积设备400可以封装在真空或加压的容器中。尽管沉积设备400被示出为，在纺织物420水平移动时在纺织物420上沉积材料，但是沉积设备400可以被定向使得在纺织物420垂直或在不同的方向上移动时沉积层440。
上反应器430A连接到管道442A、446A、448A，该管道将前体、吹扫气体和它们的组合提供到上反应器430A中。排气管道452A和454A也连接到上反应器430A，以从上反应器430A的内部排出多余的前体和吹扫气体。上反应器430A的下表面面向纺织物420。
下反应器430B也连接到管道442B、446B、448B，以接收前体、吹扫气体和它们的组合。排气管道（例如管道454B）也连接到下反应器430B，以从下反应器430B的内部排出多余的前体和吹扫气体。下反应器430B的上表面面向纺织物420。
当纺织物420在上反应器430A的下表面和下反应器430B的上表面之间从左向右移动时，沉积设备400在纺织物420上执行原子层沉积（ALD）。通过在纺织物420上注入源前体，并随后在纺织物420上注入反应物前体来执行ALD。
图5是沉积设备400沿图4的线A-B的截面图。上反应器430A除其它部件之外可以包括源注入器502和反应物注入器504。源注入器502连接到管道442A，以接收源前体（与诸如氩气之类的载体气体结合），并且反应物注入器504连接到管道448A以接收反应物前体（与诸如氩气之类的载体气体结合）。可以经由单独的管道（例如管道446A）或者经由提供源前体或反应物前体的管道注入载体气体。
源注入器502的主体510形成有流道（channel）542、穿孔（例如孔洞或切口）544、反应室534、缩颈区（constriction zone）560以及排气部分562。源前体经由流道542和穿孔544流动到反应室534中并且与纺织物120反应。源前体的部分渗透纺织物420，并且经由在下反应器430B上形成的排气部分268排出。剩余的源前体流经与纺织物420的表面平行的缩颈区560，并且排出进入排气部分562。排气部分连接到管道452A，并且将多余的源前体排出注入器502。
当源前体流经缩颈区560时，由于源前体在缩颈区560中更高的速度，多余的源前体被从纺织物420的表面去除。在一个实施例中，缩颈区560的高度M小于反应室534的高度Z的2/3。这种高度M对于从纺织物420的表面去除源前体而言是理想的。
反应物注入器504的结构与源注入器502相似。反应物注入器504接收反应物前体，并且将反应物前体注入到纺织物420的表面上。源注入器504具有主体514，该主体514形成有管道546、穿孔548、反应室536、缩颈区564以及排气部分566。反应物注入器504的这些部分的功能和结构与源注入器502的对应的部分基本上相同。排气部分566连接到管道454A。
下反应器430B的结构与上反应器430相似，但是下反应器的上表面面向的方向与上反应器430A相反。下反应器430B可以包括源注入器506和反应器注入器508。源注入器506经由管道542B接收源前体，并且将源前体注入到纺织物420的背表面上。源前体的部分渗透纺织物420，并且经由排气部分562排出。剩余的源前体流动到平行于纺织物420的表面的排气部分568中，并且从源注入器502排出。
反应器注入器508的结构与反应器注入器504的基本上相同，并且从而简洁起见，本文中省略它们的详细描述。
沉积设备400还可以包括用于移动纺织物420的机构580。机构580可以包括电动机或制动器，其如图5所示将纺织物420拉向右边方向。当纺织物420逐渐向右移动时，基本上纺织物420的整个表面都暴露于源前体和反应物前体，作为结果在纺织物420上沉积材料。
通过具有相反的反应器组，源前体和反应物前体垂直于纺织物420的表面并且平行于纺织物420的表面流动。从而，在平坦表面以及在纺织物420中的孔隙或孔洞上沉积保形的材料的层。因此，材料更均匀并完整地沉积在纺织物420上。
为了减少泄漏在沉积设备400之外的前体材料，纺织物420与上/下反应器430A、430B之间的距离H被保持在较低值。在一个实施例中，距离H小于1毫米，并且优选地小于几十微米。
在一个实施例中，为了在纺织物420上形成多晶材料TiN层，使用TiCl4作为源前体，并且使用NH3作为反应物前体。在纺织物上形成TiN层后，可以将纺织物暴露于氧气、H2O、臭氧、O*自由基或它们的组合，以将TiN层的表面和晶界氧化为TiON。
此外，为了在纤维上沉积SiO2，使用诸如SiH4、SiCl2H2之类的无机材料或诸如六甲基二硅氮烷（HMDS）、四甲基二硅氧烷（TMDSO）、三（二甲基氨基）硅烷（TDMAS）之类的有机材料化合物作为源前体，并且使用O*自由基、H2O、臭氧或它们的组合作为反应物前体。为了沉积Al2O3，可以使用TMA或二甲基氢化铝（DMAH）作为源前体。
图6是根据一个实施例的，包括自由基反应器604、608A的沉积设备600的截面图。沉积设备600与沉积设备500基本上相同，除了注入器504、508由自由基反应器604、608A代替。
沉积设备600包括源注入器602、606A和自由基反应器604、608A。源注入器602、606A的结构和功能与源注入器502、506相同，并且从而简洁起见，本文中省略对它们的描述。如在图6中箭头611所示，纺织物420从左向右移动，使得纺织物420首先（通过源注入器602、606A）被暴露于源前体，并且然后（通过自由基反应器604、608A）被暴露于自由基。
自由基反应器604除其它部件之外可以包括内电极614和主体620。主体620除其它结构之外可以形成有流道622、穿孔（例如孔洞或切口）618、等离子体室612、注入孔626、反应室624以及排气部分632。经由流道622和穿孔618将气体提供到等离子体室612中。在自由基反应器604的内电极614与主体620之间施加电压差，以在等离子体室612内生成等离子体。自由基反应器604的主体620起到外电极的作用。在一个可替换实施例中，可以环绕等离子体室612提供与主体620分开的外电极。作为生成等离子体的结果，气体的自由基在等离子体室612中形成，并且经由注入孔626被注入到反应室624中。
如上文参照图5所述，由自由基反应器604、608A生成的自由基的部分渗透基底，并且由被设置在相反侧的自由基反应器中的排气部分排出。其它自由基平行于纺织物420的表面流动，并且通过生成自由基的自由基反应器的排气部分排出。
在一个实施例中，自由基反应器604、608A生成N*自由基，并且将N*自由基作为反应物前体注入到之前注入有包括TiCl4的源前体的纺织物420上，以在纺织物420上形成多晶TiN层。
在一个实施例中，自由基反应器604、608A产生O*自由基，并且将O*自由基作为反应物前体被注入到之前注入有源前体的纺织物420上，以在纤维上沉积SiO2，该源前体包括诸如SiH4、SiCl2H2之类的无机材料或者诸如六甲基二硅氮烷（HMDS）、四甲基二硅氧烷（TMDSO）、三（二甲基氨基）硅烷（TDMAS）之类的有机材料化合物。相似地，O*自由基可以作为反应物前体被注入到之前注入有源前体的纺织物420上，以在纺织物420上沉积Al2O3，该源前体包括三甲基铝（TMA）或二甲基氢化铝（DMAH）。
可以由沉积设备500、600处理纤维或含纤维材料，以在纤维或含纤维材料上沉积材料。此外，相同的纺织物、纤维、纱线或其它组成结构可以在沉积设备500、600处经过重复的处理，以在纤维或含纤维材料上沉积多组层。
以上参照图4至图6的对用于在纤维或含纤维材料上沉积材料的设备的描述仅仅是说明性的。可以使用各种其它设备在纤维或含纤维材料上沉积材料。
沉积材料的示例方法
图7是示出根据一个实施例的在纤维或含纤维材料上沉积材料的方法的流程图。首先，利用ALD在纤维或含纤维材料上沉积（702）第一材料层的层。为了这一目的，可以使用上文参照图4至图6描述的沉积设备。第一材料可以是诸如TiN之类的多晶材料或诸如Al2O3或SiO2之类的非晶态材料。
在纤维或含纤维材料上沉积第一材料的层后，将第一材料的至少部分转换（706）为具有比第一材料更大的体积的第二材料，以在层中引入压应力。转换可以氧化、硝化或碳化第一材料。当第一材料为TiN时，第二材料可以包括例如TiON。
然后，可以在经氧化、硝化或碳化的多晶材料层的表面上沉积（710）非晶态材料层。非晶态材料可以包括例如Al2O3或SiO2。以这种方式，非晶态材料可以经受张应力，并且经受不同应力的薄膜的组合将增加纤维或含纤维材料的硬度，并且最外层应当具有压应力，以便在纤维或含纤维材料上增加刚度。
然后，确定（714）沉积的材料的厚度是否足够。如果沉积的材料的厚度不够，则过程返回至在纤维或含纤维材料上沉积（702）第一材料的层。如果沉积的材料的厚度足够则过程终止。
图7示出的过程仅仅是示例性的。可替换地，图7中的某些步骤可以省略。例如，沉积（710）非晶态层可以于在纤维或含纤维材料上沉积多晶材料之前执行。可替换地，沉积（710）非晶态材料可以省略。
沉积用于其它功能性的材料
为了增加刚度或强度，代替包覆材料、或者除包覆材料之外，纤维或含纤维材料可以包覆有材料以降低纤维、纱线或纺织物的发射率(emissivity)。发射率是材料的一种性质，涉及相对其它材料从其表面发射的能量。在诸如军装之类的应用中，有利的是降低纤维或含纤维材料的发射率以避免穿着军装者被夜视装置检测到。为了降低发射率，纤维或含纤维材料可以包覆有涂料以减小制服的发射率。然而，涂料的效果可能不能耐受很长的时间，因为涂料可能在清洗或重复使用制服的过程中被剥离或去除。
在一个实施例中，利用ALD在纤维、纱线或纺织物上沉积铝以降低发射率。为了这一目的，可以使用二甲基氢化铝（DMAH）作为作源前体，并且可以使用氢等离子体作为反应物前体。利用ALD沉积的铝牢固地接合到纤维、纱线或纺织物。因此，减小的发射率与在纺织物上包覆涂料相比坚持更长的时间。
纤维可以沉积有材料，以将纤维从水分或氧气隔离。例如碳纤维由于其很高的电导率而被用作加热器中的加热部件。然而，这些纤维在高温（例如300℃）下可以与水分或氧气反应并且氧化。因此，可以在碳纤维上沉积诸如Al2O3之类的材料以避免碳纤维在高温下氧化。可以例如使用三甲基铝（TMA）或二甲基氢化铝（DMAH）作为源前体，并且使用O*自由基、H2O、臭氧或它们的组合作为反应物前体。
沉积有材料的纤维、纱线或纺织物的示例用途
沉积有多晶材料及其对应的经碳化、硝化或氧化的层的纤维、纱线或纺织物可以被用于形成织物。这种形式可以剪裁并且成型为可穿戴的衣物。这样的可穿戴的衣物中的一种是军装或防弹背心。可以如上所述，相同的纤维、纱线或纺织物可以包覆有有低发射材料以减小被夜视相机检测到的机率。可替换地，包覆有低发射材料的不同的纤维、纱线或纺织物可以与包覆有多晶材料的纤维、纱线或纺织物结合使用以用于制造具有增强的强度和刚度以及更不易被夜视相机检测到的衣服。
包覆有多晶材料及其对应的经碳化、硝化或氧化的层的纤维、纱线或纺织物可以用作用于复合材料的组分。例如，包覆有多晶材料的纤维、纱线或纺织物可以用于在碳纤维增强聚合物（CFRP）中使用。
虽然在上文关于若干实施例中描述了本发明，但是在本发明的范围内可以做出各种修改。因此，本发明的公开旨在于说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围在以下权利要求中阐明。
Claims (23)
1.一种在纤维或含纤维材料上沉积材料的方法，包括：
将源前体注入到所述纤维或所述含纤维材料的表面上；
利用原子层沉积（ALD）将反应物前体注入到所述纤维或所述含纤维材料的所述表面上，以沉积经受张应力的第一材料的层；以及
将所述层的至少外部部分转换为与所述第一材料相比具有更大体积的第二材料，以在所述层中引起压应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括多晶材料，并且所述转换包括氧化、硝化或碳化所述多晶材料的表面和晶界的至少部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多晶材料包括半导体、金属化合物或金属中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述多晶材料包括TiN。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述第二材料的所述表面上沉积非晶态材料的层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述非晶态材料包括Al2O3或SiO2中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应物前体包括通过使气体暴露于等离子体而生成的自由基。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括非晶态材料，并且所述转换包括氧化、硝化或碳化所述第一材料的至少部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非晶态材料包括Al2O3和SiN中的至少一种。
10.一种纺织物，包括：
多个纤维；
利用原子层沉积（ALD）在所述多个纤维中的每个纤维的表面上沉积的第一材料的层，所述层经受张应力；以及
在所述第一材料的至少表面上的第二材料，所述第二材料通过从所述第一材料转换而形成，并且与所述第一材料相比具有更大的体积，以在所述层中引入压应力。
11.根据权利要求10所述的纺织物，其中所述第一材料包括多晶材料，并且所述转换包括氧化、硝化或碳化所述多晶材料的表面和晶界的至少部分。
12.根据权利要求11所述的纺织物，其中所述多晶材料层包括半导体、金属化合物或金属中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的纺织物，其中所述多晶材料层包括TiN。
14.根据权利要求11所述的纺织物，其中所述第二材料包括TiON或TiCN。
15.根据权利要求11所述的纺织物，还包括利用ALD在所述多晶材料与所述多个纤维之间、或者在所述第二材料的所述表面上沉积的非晶态材料的层。
16.根据权利要求15所述的纺织物，其中所述非晶态材料包括Al2O3或SiO2中的至少一种。
17.根据权利要求10所述的纺织物，其中所述多个纤维包括碳纤维。
18.根据权利要求10所述的纺织物，其中所述第一材料通过在所述多个纤维中的每个纤维上注入源前体、并且然后在所述多个纤维中的每个纤维上沉积反应物前体来沉积。
19.根据权利要求18所述的纺织物，其中所述反应物前体包括通过使气体暴露于等离子体而生成的自由基。
20.根据权利要求10所述的纺织物，还包括利用ALD在所述多个纤维中的每个纤维上沉积的发射率降低层，所述发射率降低层具有比经处理的所述层更低的发射率。
21.根据权利要求20所述的纺织物，其中所述发射率降低层包括铝。
22.根据权利要求10所述的纺织物，其中所述第二材料包括非晶态材料。
23.根据权利要去22所述的纺织物，其中所述非晶态材料包括Al2O3和SiN中的至少一种。
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