功能扫描力显微镜在能源纳米器件表征中的应用
近年来,对能源纳米器件(例如能源转换器件和能源存储器件)的研究,已成为一个重要的交叉学科领域。能源纳米器件的运行机理与材料内部及器件界面的载流子的长程输运息息相关。区别于电子器件和光电器件,这些载流子的输运与化学转化相关联。而与传统化学反应过程中电子束缚在原子核附近随着化学键的变化而重新排布不同的是,能源纳米器件中的电子不被原子核束缚。为了更深入、科学地解释这些具有独特性质的能源纳米器件的工作机理,表征手段的发展成为了该领域的迫切需求。
近日,中科院苏州纳米所国际实验室的陈立桅研究员团队受邀在Advanced Materials上撰写题为“Functional Scanning Force Microscopy for Energy Nanodevices”的综述文章。该文章综述了扫描力显微镜功能成像技术的近期发展和其在光伏器件以及锂离子电池机理研究中的应用,概括并强调了扫描力显微镜具有高空间分辨率,多模式功能成像和在原位及工况条件下成像等优势,并对扫描力显微镜技术的发展方向进行了展望,以期对该领域的发展提供必要的参考。
扫描力显微镜本质上是一项表面与界面表征的工具,且其专攻介观尺度的研究,因此它不但使得表征样品的物理和化学性质的空间分布成为可能,还填补了分子尺度的化学分析和宏观器件性能之间的鸿沟。在光伏器件中,我们不但可以利用扫描力显微镜对形貌、光电流/光电压的表征能力来解释形貌调控对器件性能的影响,还可以用它来表征载流子浓度、内建电场分布及动态的载流子行为,进而可以预测将来用扫描力显微镜的多模式成像功能同时分析工作器件里的漂移电流和扩散电流的分布情况。在锂离子电池领域,即使液态电解液的存在和合适的离子输运测量方法的缺失妨碍了扫描力显微镜的应用,固态电池领域的不断突破和离子输运相关的扫描力显微术的发展使得用于表征光伏器件的很多先进的技术可以嫁接并利用于该领域,而锂离子电池器件通常比较厚且离子传输比较慢,这也降低了对扫描力显微镜的空间分辨率和时间分辨率的要求。基于此,即使在扫描力显微镜领域仍有需要克服的技术挑战,我们有充分的理由相信:扫描力显微镜将持续为能源纳米科技的发展做出重要的贡献。 文献链接Functional Scanning Force Microscopy for Energy Nanodevices (Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adma.201802490)
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