【儀表網 研發快訊】掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope，SPM)已經成為開展納米科技研究的最有力工具之一，并且成為開展許多原創性研究的核心手段。SPM技術不僅給原子/分子/納米尺度結構顯微成像、結構操縱、物性測量、功能表征和失效評價帶來了革命性突破，同時也是發展納米尺度局域空間多物理參量測量的新原理、新方法和新技術的重要平臺，為研究納米尺度限域條件下多物理參量及其相互耦合效應提供了重要新方法，有力推動了物理、化學、材料、生命科學等學科的深入發展。最新發展起來的原子力紅外顯微術(AFM-IR)為納米化學研究提供了重要手段，但AFM-IR技術無法實現納米尺度空間變溫環境下的化學分析，從而極大限制了對納米結構動態演化的研究。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研發了一種納米尺度變溫化學表征技術—— 掃描熱化學顯微術(Scanning thermal chemical microscopy，STCM)。該納米表征新方法將AFM-IR技術與具有自主知識產權的AFM導電針尖原位加熱技術相結合，建立了融納米尺度原位加熱、納米化學成像和納米尺度紅外光譜測量等功能為一體的高分辨納米化學表征技術。STCM實現了納米尺度物相與化學官能團在AFM針尖納米尺度變溫下的納米化學動態表征，為觀察材料外場下納米結構穩定性提供了一種新方法。科研人員利用該新方法開展了鈣鈦礦甲胺鉛碘(MAPbI3)晶體納米尺度變溫條件下結構穩定性機制研究，通過變溫納米紅外光譜和變溫納米熱化學顯微成像，揭示了甲胺根離子取向、偏析以及疇結構動態變化與鈣鈦礦納米尺度結構穩定性之間的密切關聯，為探討多場作用下MAPbI3材料結構變異與功能耦合提供了新思路。
相關研究成果以“Nanoscale stability behavior of the CH3NH3PbI3 perovskite via scanning thermal chemical microscopy” 為題發表在Journal of Materials Chemistry C (12，1575，(2024))上。上述工作第一作者為上海硅酸鹽所應余欣碩士畢業生，通訊作者是上海硅酸鹽所曾華榮研究員。相關工作得到科技部重點研發計劃和上海市基礎研究特區計劃等項目的資助和支持。
高分辨掃描熱化學顯微術(STCM)
MAPbI3晶體的AFM形貌像(a)及其納米尺度原位變溫紅外光譜(b)
MAPbI3晶體在不同溫度下疇結構動態演化的熱化學像
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