原子层沉积二氧化钛表面活化硼粉体：提升点火性能与热氧化反应效率的协同机制

【编辑推荐】本研究通过原子层沉积(ALD)技术在硼颗粒表面构建TiO2纳米活化层，实现氧化温度降低133°C、激光点火延迟缩短32%、粉尘云点火能量降低90%等突破性进展。该技术通过TiO2氧空位与B2O3-TiO2固溶界面的协同氧传输机制，为高能燃料应用提供理论支撑与工程解决方案。

　　

Highlight
本研究采用原子层沉积(ALD)技术在硼颗粒表面精准构建TiO₂纳米活化层，系统揭示了涂层厚度（精确控制至0.046 nm/循环）对热氧化行为与点火特性的调控规律。

化学与结构表征
成功实现硼颗粒的TiO₂全包裹覆盖，X射线光电子能谱(XPS)证实Ti⁴⁺化学态特征峰（458.5 eV）。透射电镜(TEM)显示非晶态TiO₂层与硼核形成清晰界面，选区衍射(SAED)证实无结晶相干扰。

热氧化性能提升
差示扫描量热(DSC)显示：
• 氧化峰温降低133°C（ΔT_p）
• 活化能降低41.2 kJ/mol
• 放热量提升2.3倍
同步热分析(STA)证实涂层促进B→B₂O₃转化动力学。

点火特性突破
激光点火测试表明：
? 延迟时间缩短32%
? 粉尘云最小点火能量降低90%
? 火焰传播速度提升10倍
高速摄影捕捉到TiO₂涂层促进的"微爆炸"现象。

作用机制
提出双功能界面机制：

1. 1.TiO₂氧空位作为"氧高速公路"促进扩散
2. 2.B₂O₃-TiO₂固溶界面形成"离子交换站"
   原位X射线衍射(XRD)捕获到TiB₂中间相生成。

Conclusion
ALD构建的TiO₂纳米活化层通过精准调控表面化学与微观结构，为突破硼基燃料"高能难燃"困境提供创新解决方案，在粉末冲压发动机等领域具有重大应用潜力。