全面出擊！臺(tái)式多功能薄膜制備與加工系統(tǒng)在多項(xiàng)工作中大顯神通

臺(tái)式高精度薄膜制備與加工系統(tǒng)是由英國(guó)材料科學(xué)領(lǐng)域高性能儀器研發(fā)公司Moorfield Nanotechnology推出的一系列產(chǎn)品，主要包含磁控濺射、熱蒸發(fā)、等離子軟刻蝕、石墨烯制備CVD、高性能退火爐等設(shè)備。該系列設(shè)備已經(jīng)工作在全球眾多的有名研究機(jī)構(gòu)和高等院校，在材料研究領(lǐng)域幫助用戶屢立奇功，在多項(xiàng)研究中都取得了可喜的成績(jī)。本文選擇了今年臺(tái)式高性能多功能PVD薄膜制備系列—nanoPVD參與的具有代表性的兩項(xiàng)工作總結(jié)如下：

臺(tái)式高性能多功能PVD薄膜制備系列—nanoPVD

一、小而強(qiáng)大，nanoPVD在鋰電池研究中大顯身手

三氧化鉬（MoO₃）是一種有前景的鋰離子電池（LIB）陽(yáng)極材料，理論容量為1117mAhg^-1。然而，MoO₃固有的電子電導(dǎo)率較低，并且在充放電循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生顯著的體積膨脹，這阻礙了其在實(shí)際應(yīng)用中獲得理想的容量和可循環(huán)能力。日前，諾森比亞大學(xué)的R. F. Shahzad, S. Rasul研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新的材料設(shè)計(jì)策略，該團(tuán)隊(duì)使用物理氣相沉積（PVD）技術(shù)制備了含有MoO₃和硬碳（HC）結(jié)構(gòu)的LIB陽(yáng)極。對(duì)MoO₃/HC作為陽(yáng)極材料的LIB進(jìn)行了評(píng)估，LIB在0.2 C的放電速率下表現(xiàn)出953 mAhg^?1的好性能。此外，MoO₃/HC-陽(yáng)極在5 C的快速充電過(guò)程中表現(xiàn)出高的速率能力，達(dá)到了342 mAhg^-1的容量。MoO₃/HC陽(yáng)有出色的循環(huán)壽命，在0.2 C的速率下循環(huán)3000次后，庫(kù)侖效率保持在99%以上。MoO₃/HC-陽(yáng)極的性能可歸因于基于多層結(jié)構(gòu)的新型材料設(shè)計(jì)策略，其中HC為L(zhǎng)IB陽(yáng)極可能的體積膨脹提供了屏障。

新型MoO₃在有無(wú)HC包覆情況下的工作過(guò)程示意圖

MoO₃/HC顆粒膜的SEM和EDS測(cè)量圖

本工作中作者采用臺(tái)式高質(zhì)量多功能薄膜磁控濺射系統(tǒng) - nanoPVD S10A制備了MoO₃和HC樣品，為本項(xiàng)研究在樣品制備做出了重要貢獻(xiàn)。nanoPVD-S10A是臺(tái)式高性能的磁控濺射設(shè)備，具有高精度生長(zhǎng)氣氛自動(dòng)控制功能，確保樣品生長(zhǎng)條件的穩(wěn)定性。全自動(dòng)的控制程序使樣品制備不再是一項(xiàng)繁瑣的工作，將研究人員從繁瑣的制樣工作中解放出來(lái)而更加關(guān)注科研本身。該項(xiàng)工作以Designing Molybdenum Trioxide and Hard Carbon Architecture for Stable Lithium-Ion Battery Anodes為題發(fā)表在Adv. Mater. Interfaces上（2024, 11, 2400258）。

二、應(yīng)用廣泛，nanoPVD與打印技術(shù)相結(jié)合制備3D電極陣列

監(jiān)測(cè)3D細(xì)胞組織和類器官中多個(gè)平面的電信號(hào)活動(dòng)對(duì)于全面了解它們的功能連接和行為至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的平面微電極陣列（MEA）只能用于表面記錄，不足以解決這一方面的問(wèn)題。較長(zhǎng)制備時(shí)間以及復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)超凈間技術(shù)在很多方面限制了3D電極陣列的應(yīng)用，并可能阻礙有效的細(xì)胞電極耦合。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Bernhard Wolfrum研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于快速原型制作與打印技術(shù)相結(jié)合的新方法。該方法利用磁控濺射工藝和濕法蝕刻來(lái)快速制備基礎(chǔ)的電極圖案，結(jié)合打印技術(shù)來(lái)制備出3D結(jié)構(gòu)的電極陣列。玻璃、聚酰亞胺（PI）箔或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）箔基板上的激光曝光制備的圖案化MEA縱橫比可高達(dá)44:1。經(jīng)過(guò)噴墨打印的3D電極結(jié)構(gòu)，高度高達(dá)1 mm，間距為200 µm，可在細(xì)胞組織內(nèi)進(jìn)行精確電學(xué)記錄。電極尖的特定形狀和可定制的3D結(jié)構(gòu)為電極放置提供了極大的靈活性。通過(guò)原位記錄皮質(zhì)類器官的電生理活動(dòng)，研究人員證明了3D MEA的多功能性，為在體外以高通量方式研究常規(guī)或各種病理改變條件下的神經(jīng)活動(dòng)鋪平了道路。

3D電極陣列的示意圖和實(shí)物圖

在本項(xiàng)研究工作中，研究人員利用臺(tái)式高性能多功能PVD薄膜制備系列—nanoPVD的直流濺射功能在基底上制備了Au和Ti的薄膜并通過(guò)濕法刻蝕的方式制備了電極圖案。高質(zhì)量的薄膜為后續(xù)的噴墨打印工藝提供了基礎(chǔ)。該項(xiàng)工作以Inkjet-Printed 3D Electrode Arrays for Recording Signals from Cortical Organoids為題發(fā)表在Advanced Materials Technologies上。

nanoPVD系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

? 水冷式濺射源，通用2英寸設(shè)計(jì)，可進(jìn)行高功率濺射

? MFC流量計(jì)高精度控制過(guò)程氣體可通入多個(gè)氣路

? DC/RF濺射電源可選，可實(shí)現(xiàn)共濺射

? 可設(shè)定、儲(chǔ)存多個(gè)濺射程序

? 4英寸樣品臺(tái)，可加熱

? 本底真空<5×10^-7mbar

? 全自動(dòng)觸摸屏控制方案

? 系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單

? 完備的安全性設(shè)計(jì)

? 兼容超凈間

? 性能穩(wěn)定

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1、臺(tái)式高精度薄膜制備與加工系統(tǒng)

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