全面出击！台式多功能薄膜制备与加工系统在多项工作中大显神通

台式高精度薄膜制备与加工系统是由英国材料科学领域高性能仪器研发公司Moorfield Nanotechnology推出的一系列产品，主要包含磁控溅射、热蒸发、等离子软刻蚀、石墨烯制备CVD、高性能退火炉等设备。该系列设备已经工作在全球众多的知名研究机构和高等院校，在材料研究领域帮助用户屡立奇功，在多项研究中都取得了可喜的成绩。本文选择了今年台式高性能多功能PVD薄膜制备系列—nanoPVD参与的具有代表性的两项工作总结如下：

台式高性能多功能PVD薄膜制备系列—nanoPVD

一、小而强大，nanoPVD在锂电池研究中大显身手

三氧化钼（MoO₃）是一种有前景的锂离子电池（LIB）阳极材料，理论容量为1117mAhg^-1。然而，MoO₃固有的电子电导率较低，并且在充放电循环过程中会发生显著的体积膨胀，这阻碍了其在实际应用中获得理想的容量和可循环能力。日前，诺森比亚大学的R. F. Shahzad, S. Rasul研究团队发现了一种新的材料设计策略，该团队使用物理气相沉积（PVD）技术制备了含有MoO₃和硬碳（HC）结构的LIB阳极。对MoO₃/HC作为阳极材料的LIB进行了评估，LIB在0.2 C的放电速率下表现出953 mAhg⁻¹的卓越性能。此外，MoO₃/HC-阳极在5 C的快速充电过程中表现出卓越的速率能力，达到了342 mAhg^-1的容量。MoO₃/HC阳极具有出色的循环寿命，在0.2 C的速率下循环3000次后，库仑效率保持在99%以上。MoO₃/HC-阳极的卓越性能可归因于基于多层结构的新型材料设计策略，其中HC为LIB阳极可能的体积膨胀提供了屏障。

新型MoO₃在有无HC包覆情况下的工作过程示意图

MoO₃/HC颗粒膜的SEM和EDS测量图

本工作中作者采用台式高质量多功能薄膜磁控溅射系统 - nanoPVD S10A制备了MoO₃和HC样品，为本项研究在样品制备做出了重要贡献。nanoPVD-S10A是台式高性能的磁控溅射设备，具有高精度生长气氛自动控制功能，确保样品生长条件的稳定性。全自动的控制程序使样品制备不再是一项繁琐的工作，将研究人员从繁琐的制样工作中解放出来而更加关注科研本身。该项工作以Designing Molybdenum Trioxide and Hard Carbon Architecture for Stable Lithium-Ion Battery Anodes为题发表在Adv. Mater. Interfaces上（2024, 11, 2400258）。

二、应用广泛，nanoPVD与打印技术相结合制备3D电极阵列

监测3D细胞组织和类器官中多个平面的电信号活动对于全面了解它们的功能连接和行为至关重要。然而，传统的平面微电极阵列（MEA）只能用于表面记录，不足以解决这一方面的问题。较长制备时间以及复杂的标准超净间技术在很多方面限制了3D电极阵列的应用，并可能阻碍有效的细胞电极耦合。为了应对这一挑战，慕尼黑工业大学的Bernhard Wolfrum研究团队提出了一种基于快速原型制作与打印技术相结合的新方法。该方法利用磁控溅射工艺和湿法蚀刻来快速制备基础的电极图案，结合打印技术来制备出3D结构的电极阵列。玻璃、聚酰亚胺（PI）箔或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）箔基板上的激光曝光制备的图案化MEA纵横比可高达44:1。经过喷墨打印的3D电极结构，高度高达1 mm，间距为200 µm，可在细胞组织内进行精确电学记录。电极尖端的特定形状和可定制的3D结构为电极放置提供了极大的灵活性。通过原位记录皮质类器官的电生理活动，研究人员证明了3D MEA的多功能性，为在体外以高通量方式研究常规或各种病理改变条件下的神经活动铺平了道路。

3D电极阵列的示意图和实物图

在本项研究工作中，研究人员利用台式高性能多功能PVD薄膜制备系列—nanoPVD的直流溅射功能在基底上制备了Au和Ti的薄膜并通过湿法刻蚀的方式制备了电极图案。高质量的薄膜为后续的喷墨打印工艺提供了基础。该项工作以Inkjet-Printed 3D Electrode Arrays for Recording Signals from Cortical Organoids为题发表在Advanced Materials Technologies上。

nanoPVD系统主要特点：

☛ 水冷式溅射源，通用2英寸设计，可进行高功率溅射

☛ MFC流量计高精度控制过程气体可通入多个气路

☛ DC/RF溅射电源可选，可实现共溅射

☛ 可设定、储存多个溅射程序

☛ 4英寸样品台，可加热

☛ 本底真空<5×10^-7mbar

☛ 全自动触摸屏控制方案

☛ 系统维护简单

☛ 完备的安全性设计

☛ 兼容超净间

☛ 性能稳定