掃描力探針技術(shù)在能源納米技術(shù)研究中大有可為

能源納米技術(shù)，泛指利用納米材料和納米尺度的特征效應(yīng)構(gòu)筑能源納米器件，致力于解決可再生能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)過(guò)程中的瓶頸問(wèn)題，目前已成為一個(gè)重要的學(xué)科交叉領(lǐng)域。能源納米器件顯著區(qū)別于電子器件和光電子器件，其工作機(jī)制決定于器件中電子、空穴和離子等載流子的長(zhǎng)程傳輸過(guò)程，其傳輸過(guò)程常與化學(xué)轉(zhuǎn)化相耦合，并且不同于傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)中電子被局域在原子核附近?；谠恿︼@微鏡(AFM)發(fā)展的掃描力探針顯微術(shù)(SFM)從最初的形貌掃描工具，逐步發(fā)展成了可探測(cè)力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和化學(xué)等性質(zhì)的多模式功能成像技術(shù)，同時(shí)結(jié)合其高空間和時(shí)間分辨率，適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境的原位工況成像能力等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于能源納米器件工作機(jī)理的研究。

　　中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳立桅團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期致力于能源納米器件界面形貌、化學(xué)結(jié)構(gòu)和電子過(guò)程的掃描力探針研究，目前已在Acc. Chem. Res，Nat. Commun.，JACS，Adv. Mater.，Joule，Nano Lett.，Nano Energy 等期刊上發(fā)表了一系列原創(chuàng)性研究成果。近日，受邀在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上撰寫題為Functional Scanning Force Microscopy for Energy Nanodevices 的綜述文章(DOI: 10.1002/adma.201802490)，聚焦近年來(lái)能源納米器件的掃描力探針技術(shù)的研究進(jìn)展。

　　該綜述首先介紹了掃描探針各種功能成像技術(shù)的發(fā)展歷程，從最基本的形貌成像模式開(kāi)始(圖1)，依次介紹納米力學(xué)模式、化學(xué)成像模式、載流子探測(cè)模式和時(shí)間分辨成像技術(shù)等。第二部分介紹了各種掃描力探針功能成像模式在能源轉(zhuǎn)換器件，如有機(jī)光伏電池和有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池中的進(jìn)展。該部分重點(diǎn)突出了原位工況研究器件內(nèi)部界面動(dòng)態(tài)演化的重要意義和面臨的挑戰(zhàn)(圖2)。在第三部分中，該綜述介紹了以鋰離子電池為典型代表的能源儲(chǔ)存器件中固態(tài)電解質(zhì)中間相(SEI)的形貌、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)組分在電池循環(huán)中的演變，及其與電池循環(huán)性能的關(guān)聯(lián)(圖3)。該類器件區(qū)別于能源轉(zhuǎn)換器件的主要特點(diǎn)是器件行為決定于離子的傳輸，因此推動(dòng)了一系列探測(cè)離子運(yùn)動(dòng)的功能成像模式的發(fā)展。最后，該綜述總結(jié)了掃描力探針技術(shù)在能源納米技術(shù)發(fā)展中起到的積極推動(dòng)作用，同時(shí)指出進(jìn)一步提高測(cè)量分辨率和測(cè)量精度對(duì)于推動(dòng)能源納米技術(shù)領(lǐng)域革新具有重要意義。

　　此綜述和相關(guān)研究工作得到國(guó)內(nèi)外合作者的大力支持，受到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和科研裝備研制項(xiàng)目、蘇州納米協(xié)同創(chuàng)新中心(教育部2011計(jì)劃)以及蘇州納米所的經(jīng)費(fèi)資助與研發(fā)條件支持。

[來(lái)源：蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所]