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可視化原位透射電鏡技術(shù)見(jiàn)證納米顆粒舞動(dòng)之美

在納米世界里的生活是很快的，就致力于納米尺度的基本機(jī)制研究而言，其發(fā)展更加迅速，這個(gè)世界，便是尺寸只有十億分之一米的原子和離子之類的顆粒的舞蹈。

隨著對(duì)納米尺度的理解，中國(guó)研究者團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種可視化的基于原位透射電鏡技術(shù)，該技術(shù)可以提供新穎而強(qiáng)大的功能，它能夠直接將原子尺度的結(jié)構(gòu)和物化性能聯(lián)系起來(lái)。

在AIP出版的Applied Physics Letters期刊里，研究者們說(shuō)明了他們的發(fā)現(xiàn)對(duì)新一代科技設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造的重要性。這項(xiàng)研究具有廣泛的應(yīng)用潛力，從基于電致色變科技的智能窗到管理能源、信息和環(huán)境的新型器件。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中科院物理所白雪冬研究員介紹道，“目前，應(yīng)用于能源、信息和環(huán)境方面的新設(shè)備的原子機(jī)制是一個(gè)重要的議題。物化現(xiàn)象中原子過(guò)程的實(shí)時(shí)成像是原位透射電鏡技術(shù)的任務(wù)。我們研究的目標(biāo)之一是理解從原子尺度可獲得的設(shè)備的基本原理，另一個(gè)目標(biāo)是探索基于原子過(guò)程中原位透射電鏡成像的革新的設(shè)備?！?/p>

在諾貝爾獎(jiǎng)透射電鏡科技中，電子束取代了用于傳統(tǒng)電鏡中的光束，通過(guò)一個(gè)金屬試樣傳輸。與光學(xué)顯微鏡相比，由于電子具有更短的波長(zhǎng)，透射電子顯微鏡提供給研究者更高的分辨率，以至于他們可以觀察到更多的信息。

白雪冬強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系是材料科學(xué)一個(gè)根本關(guān)注點(diǎn)。然而研究這種關(guān)系的約束之一是使用傳統(tǒng)的方法，結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)定通常是分開(kāi)的，對(duì)于納米材料而言，他們的創(chuàng)新之處在于將這些步驟結(jié)合起來(lái)。

白雪冬還說(shuō)道，“過(guò)去的十五年來(lái)，我們的研究工作集中于原位透射電鏡技術(shù)的構(gòu)造和應(yīng)用，所以在不同的物理因素（包括電和光）下原子尺度的性能都通過(guò)透射電鏡進(jìn)行研究?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)尤其對(duì)于應(yīng)用最廣泛的電化學(xué)材料之一——氧化鎢和其產(chǎn)物的一個(gè)關(guān)鍵相轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究。通過(guò)使用他們簡(jiǎn)化了的內(nèi)含電化學(xué)電池的透射電鏡技術(shù)，其微觀的、動(dòng)態(tài)的觀察顯示了實(shí)時(shí)的詳細(xì)機(jī)理，涉及了電化學(xué)氧化鎢納米線的形成和演變，并且在工業(yè)上有很多應(yīng)用。

該研究最有趣的方面之一是探究離子電遷移過(guò)程和其誘導(dǎo)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。他們發(fā)現(xiàn)這與電化學(xué)性能密切相關(guān)，加深了原位透射電鏡成像研究的廣泛應(yīng)用潛力。

白雪冬說(shuō)道，“新特性和重要的科學(xué)問(wèn)題可以通過(guò)原位透射電鏡成像來(lái)顯示，例如，電驅(qū)動(dòng)的氧化還原反應(yīng)過(guò)程，鋰離子電池中鋰原子的占據(jù)位點(diǎn)和電機(jī)學(xué)反應(yīng)電池中的物質(zhì)轉(zhuǎn)移都能從原位透射電鏡成像中觀察到。”

接下來(lái)，研究者們將擴(kuò)展原位透射電鏡原子尺度成像技術(shù)，使之與超快光譜結(jié)合起來(lái)。通過(guò)這個(gè)擴(kuò)展，高分辨成像在空間和時(shí)間上都將成為可能。

（材料人網(wǎng)）