beat365英国官网网站商廣義教授和畢篆芳副教授的研究團隊在原子力顯微高速成像的系列研究中取得系列進展。他們利用自主研制的電化學高速原子力顯微鏡，實現了锂離子電池電極材料在快速充放電過程中的動态探測成像，并具有納米級分辨率。該成果近日被美國材料學會會刊（MRS Bulletin）作為新聞做了題目為“Electrochemical high-speed AFM dynamically probes fast-charging battery materials”的專題報道。

锂離子汽車電池的持續挑戰之一是能夠快速充電，從而期望與汽油車的加油時間媲美。這種快速充電迫使電池電極材料以極端的速度工作，會加速導緻現有電池性能衰減和壽命縮短。在對電壓、電流和溫度等宏觀量進行測量、研究衰減機理提高電池性能的同時，在微納米尺度上探究電極材料變化、研究微觀衰減機理亦具有重要科學意義和應用價值。因此，迫切需要發展原位實時納米動态成像技術。

原子力顯微鏡（AFM）是當今物理、材料和化學等領域的重要分析表征技術之一。其中，電化學原子力顯微鏡（EC-AFM）已成為原位觀測锂離子電池電極變化、研究衰減機理的有效手段。然而，常規EC-AFM的圖像采集速度緩慢，1幀圖像通常需要幾分鐘時間，成為實現實時動态觀測的主要瓶頸。因而，如何在電池工作所需的電化學環境下實現高速AFM成像是面臨的主要挑戰。

該團隊近年通過開展學科交叉與交流，突破了常規AFM成像速度限制，實現了大氣中AFM的視頻成像。随後，通過利用具有較高諧振頻率和較低彈簧常數的微小尺寸探針，在解決了激光偏轉檢測、組合式高/低速掃描、三電極電化學溶液池設計等關鍵問題基礎上，自主研制成功電化學高速AFM，将成像時間從幾分鐘提高到幾秒，實現了在快速充電過程中LiMn2O4納米電極材料變化的動态成像，極大地拓展了EC-AFM研究電化學電池系統的能力。

在評價這項研究成果時，勞倫斯伯克利國家實驗室的喬納森·拉森(Jonathan Larson)說：“毫無疑問，基礎儲能科學的進步将大大受益于進一步的創造性方法的發展，這些方法可以擴大儲能界面在其自然環境中的納米表征能力，對于能夠同時探測多種參量，如：時間、空間、電化學條件、化學含量、電性能、力學等是非常正确的方向”。在他看來，該團隊通過将一些測量參數與其開發的‘電化學高速AFM’結合起來，在拓展電化學研究的表征工具方面做了很好的工作。“新技術跟蹤電化學活性材料的納米結構作為時間和電化學電位的函數的效果在他們結果中得到了很好的展示”。拉森很期待他們接下來的工作。

這項工作先後獲得了科技部973課題、國家自然科學基金委面上和青年基金以及北航拔尖人才項目的大力支持。

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