بررسی خواص الکتروشیمیایی مواد در مقیاس نانو با استفاده از میکروسکوپ حرارتی - یونی روبشی

باتری ها و پیل های سوختی از واکنش های شیمیایی برق تولید می کنند. میزان قدرت باتری، سرعت شارژ و چگونگی کاهش سرعت آن را سرعت انجام این واکنش ها تعیین می کند. در نزدیکی سطح و در مرز بین مواد، تغییرات بزرگی در خواص می تواند رخ دهد، این تغییرات سرعت این واکنش ها را تحت تاثیر قرار می دهد که درک آنها پیچیده و مشکل است. تحقیقات در سال های گذشته نشان داده است که تغییرات موضعی در خواص مواد می تواند بر عملکرد باتری ها و دیگر سیستم های الکتروشیمیایی تاثیر بگذارد. غلظت گونه های یونی و الکترونی بیشتر به خواص مهم الکتروشیمیایی مواد مانند واکنش های سطحی، انتقال بار بین فصل مشترک و نفوذ در سطح یا توده وابسته است. با اندازه گیری این خواص به طور موضعی در مقیاس نانو درک بسیار خوبی از چگونگی عملکرد سیستم های الکتروشیمیایی ایجاد می شود و بدین ترتیب می توان مواد جدید با عملکرد بسیار بالاتر ایجاد کرد و طول عمر باتری را بالا برد. میکروسکوپ حرارتی - یونی روبشی 5 برای بررسی فعالیت های الکتروشیمیایی موضعی در مقیاس نانو توسعه یافته است. سازوکار عملکرد این روش میکروسکوپی براساس تصویربرداری از کرنش وگارد 6 ناشی از تنش 7 حرارتی اعمال شده و نوسانات دمایی است. کرنش وگارد به طور خطی با ثابت شبکه مواد ارتباط دارد و می تواند به عنوان مقیاسی از غلظت گونه های یونی مورد استفاده قرار گیرد. تجزیه و تحلیل نظری و اعتبارسنجی تجربی، نشان داده است که مولفه های هارمونیک دوم و چهارم سیگنال انحراف میکروسکوپ نیروی اتمی 8 حاوی اطلاعات با ارزشی از غلظت گونه ها است. پاسخ هارمونیک دوم که ناشی از ارتعاش تیرک است، در تمام جامدات وجود دارد و به طور عمده با اطلاعات انبساط حرارتی موضعی ارتباط دارد، در حالی که هارمونیک چهارم ناشی از انتقال موضعی گونه های سیار است که تنها در سیستم های یونی مطرح است.