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)化和存儲過程中的瓶頸問題，目前已成為一個重要的學(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，其工作機制決定于器件中電子、空穴和離子等載流子的長程傳輸過程，其傳輸過程常與化學(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)，同時結(jié)合其高空間和時間分辨率，適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境的原位工況成像能力等優(yōu)勢，被廣泛用于能源納米器件工作機理的研究。

　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳立桅團隊，長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)，聚焦近年來能源納米器件的掃描力探針技術(shù)的研究進展。

　　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、載流子探測模式和時間分辨成像技術(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，如有機光伏電池和有機-無機鈣鈦礦電池中的進展。該部分重點突出了原位工況研究器件內(nèi)部界面動態(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)換器件的主要特點是器件行為決定于離子的傳輸，因此推動了一系列探測離子運動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作用，同時指出進一步提高測量分辨率和測量精度對于推動能源納米技術(shù)領(lǐng)域革新具有重要意義。

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

[來源：蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所]