无论是要求高纯度致密膜的半导体研究，还是涉及多材料体系的功能复合膜开发，VPI的解决方案都以其稳定的性能和灵活的配置满足了科研需求。

应用案例：东北某工业大学 复合膜降密度 研究实践

东北某工业大学的一支新能源材料研究团队近期针对电池电极复合膜展开了一项探索：他们希望在保证电化学性能的前提下，降低电极材料的密度，以提高电池的比能量和减轻重量负担。

实验目标：传统电池电极多由高密度活性材料（如金属氧化物）制成，为了提升单位质量的储能，研究人员计划制备一种轻质复合薄膜电极。其思路是在电极活性材料中引入低密度组分（例如导电高分子、石墨烯等碳基材料），形成具有多孔骨架的复合膜，从而降低整体密度。挑战在于：如何保证降低密度的同时，薄膜的力学强度和导电性能不受严重削弱。

设备与工艺配置：东北某工业大学实验室配置的VPI系统为一台高真空镀膜设备，包含双靶磁控溅射枪，可实现多材料的连续沉积。具体实验中：

• 多靶溅射共沉积：研究人员选择了一种电极活性材料靶（例如富锂锰基氧化物）和一种轻质碳材料靶。在一次真空循环内，同时开启两枚溅射靶，以一定功率比进行共溅射。在磁场约束等离子体的作用下，两种材料原子被共沉积到基片上，直接形成均匀混合的复合薄膜。通过控制两靶的功率比和沉积速率，精确调节复合膜中轻质组分的含量，实现对薄膜密度的调控。

• 离子辅助提升致密度：由于复合膜中含有低密度组分，初始沉积的膜层可能存在局部疏松，导致附着力不足。为此，在溅射过程中引入低能离子束同步轰击生长中的薄膜。一方面，离子轰击提供额外的能量使沉积的原子在表面迁移，填充空隙，提高膜层致密度；另一方面，离子清洁作用去除了界面残余气体和杂质，增强了膜基结合。尤其是在采用直流溅射电源时，等离子中本身高能离子的轰击也有类似作用，可形成更高密度的膜并保证较强的附着力。

• 优化工艺参数与模拟指导：对工艺参数进行了系列优化和模拟校准。首先，提升溅射功率和真空抽速，以加快沉积速率，使得每层新沉积材料尽快覆盖前一层，减少在真空中停留时间，从而降低氧化发生的可能（此前采用较低沉积速率时，复合膜中的活性金属曾发生轻微氧化变色）。其次，引入理论模拟对沉积均匀性进行预测，根据模拟结果调整靶与基片之间的距离和角度，以补偿不同材料原子散射率差异对厚度分布的影响。这些措施确保了复合膜在大面积上厚度一致，成分分布均匀。

• 机械旋转与基片架改进：为了进一步提高膜层均匀性，实验更换了定制的旋转基片台。基片在沉积过程中缓缓旋转，使不同方位都能均匀接收两种溅射原子流。同时，研制了能够容纳多片基板的转架，以便一次沉积多个样品。旋转沉积有效避免了由于靶材位置和基片形状引起的阴影效应，将膜厚不均控制在了±5%以内。得到的复合膜外观均匀连贯，无肉眼可见色差，实现了预期的明亮金属光泽。