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臺式高精度薄膜制備與加工系統(tǒng)是由英國材料科學領域高性能儀器研發(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、高性能退火爐等設備。該系列設備已經(jīng)工作在全球眾多的有名研究機構(gòu)和高等院校，在材料研究領域幫助用戶屢立奇功，在多項研究中都取得了可喜的成績。本文選擇了今年臺式高性能多功能PVD薄膜制備系列—nanoPVD參與的具有代表性的兩項工作總結(jié)如下：
臺式高性能多功能PVD薄膜制備系列—nanoPVD
一、小而強大，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）陽極材料，理論容量為1117mAhg-1。然而，MoO3固有的電子電導率較低，并且在充放電循環(huán)過程中會發(fā)生顯著的體積膨脹，這阻礙了其在實際應用中獲得理想的容量和可循環(huán)能力。日前，諾森比亞大學的R. F. Shahzad, S. Rasul研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的材料設計策略，該團隊使用物理氣相沉積（PVD）技術制備了含有MoO3和硬碳（HC）結(jié)構(gòu)的LIB陽極。對MoO3/HC作為陽極材料的LIB進行了評估，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-陽極在5 C的快速充電過程中表現(xiàn)出高的速率能力，達到了342 mAhg-1的容量。MoO3/HC陽有出色的循環(huán)壽命，在0.2 C的速率下循環(huán)3000次后，庫侖效率保持在99%以上。MoO3/HC-陽極的性能可歸因于基于多層結(jié)構(gòu)的新型材料設計策略，其中HC為LIB陽極可能的體積膨脹提供了屏障。
新型MoO3在有無HC包覆情況下的工作過程示意圖
MoO3/HC顆粒膜的SEM和EDS測量圖
本工作中作者采用臺式高質(zhì)量多功能薄膜磁控濺射系統(tǒng) - nanoPVD S10A制備了MoO3和HC樣品，為本項研究在樣品制備做出了重要貢獻。nanoPVD-S10A是臺式高性能的磁控濺射設備，具有高精度生長氣氛自動控制功能，確保樣品生長條件的穩(wěn)定性。全自動的控制程序使樣品制備不再是一項繁瑣的工作，將研究人員從繁瑣的制樣工作中解放出來而更加關注科研本身。該項工作以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、應用廣泛，nanoPVD與打印技術相結(jié)合制備3D電極陣列
監(jiān)測3D細胞組織和類器官中多個平面的電信號活動對于全面了解它們的功能連接和行為至關重要。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題。較長制備時間以及復雜的標準超凈間技術在很多方面限制了3D電極陣列的應用，并可能阻礙有效的細胞電極耦合。為了應對這一挑戰(zhàn)，慕尼黑工業(yè)大學的Bernhard Wolfrum研究團隊提出了一種基于快速原型制作與打印技術相結(jié)合的新方法。該方法利用磁控濺射工藝和濕法蝕刻來快速制備基礎的電極圖案，結(jié)合打印技術來制備出3D結(jié)構(gòu)的電極陣列。玻璃、聚酰亞胺（PI）箔或聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）箔基板上的激光曝光制備的圖案化MEA縱橫比可高達44:1。經(jīng)過噴墨打印的3D電極結(jié)構(gòu)，高度高達1 mm，間距為200 µm，可在細胞組織內(nèi)進行精確電學記錄。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。通過原位記錄皮質(zhì)類器官的電生理活動，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)活動鋪平了道路。
3D電極陣列的示意圖和實物圖
在本項研究工作中，研究人員利用臺式高性能多功能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。該項工作以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：
? 水冷式濺射源，通用2英寸設計，可進行高功率濺射
? MFC流量計高精度控制過程氣體可通入多個氣路
? DC/RF濺射電源可選，可實現(xiàn)共濺射
? 可設定、儲存多個濺射程序
? 4英寸樣品臺，可加熱
? 本底真空<5×10-7mbar
? 全自動觸摸屏控制方案
? 系統(tǒng)維護簡單
? 完備的安全性設計
? 兼容超凈間
? 性能穩(wěn)定
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1、臺式高精度薄膜制備與加工系統(tǒng)