CN106353368A - 一种纳米微区阻抗原位测量技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米微区阻抗原位测量技术，包括上位计算机PC、数据I/O通道、交流阻抗仪、原子力显微镜和机械耦合模块，所述上位计算机PC与数据I/O通道连接，且数据I/O通道分别与交流阻抗仪和原子力显微镜连接，所述交流阻抗仪和原子力显微镜通过机械耦合模块进行机械耦合，且交流阻抗仪包括微欧计、锁相放大器和阻抗电路，所述微欧计和锁相放大器均与数据I/O通道连接，且微欧计和锁相放大器均与阻抗电路连接，所述微欧计与锁相放大器连接。本发明可在观察样品表面形貌和结构变化的同时，在微纳米尺度上进行精确定位的电化学检测，实现材料结构、电子和离子输运特性的实时原位测量。
Description
技术领域
本发明涉及阻抗原位测量技术领域，尤其涉及一种纳米微区阻抗原位测量技术。
背景技术
随着科学技术的发展，分析科学在方法和实验技术方面都发生了深刻的变化，实时、原位地表征功能材料微区的某些重要特性，对于揭示材料与其功能的构效关系、特别是深入研究其作用机理具有不可替代的重要作用，然而目前的商品化仪器通常功能专一性强，因此需使用不同仪器来分别测定样品微区的不同性质，难以达到实时和原位的要求，在某种程度上这些测试结果并不具备互相比对或互相补充的意义，针对上述问题，开发不同功能仪器的联用技术已经成为分析科学的重要发展方向，这也是材料、纳米、能量转换等研究领域的一大热点。
针对现有商品化仪器在材料微尺度形貌、结构和能量转换机制研究中难以实现原位实时测量多类性能指标的难题，我们开发了一种纳米微区阻抗原位测量技术。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种纳米微区阻抗原位测量技术。
本发明提出的一种纳米微区阻抗原位测量技术，包括上位计算机PC、数据I/O通道、交流阻抗仪、原子力显微镜和机械耦合模块，所述上位计算机PC与数据I/O通道连接，且数据I/O通道分别与交流阻抗仪和原子力显微镜连接，所述交流阻抗仪和原子力显微镜通过机械耦合模块进行机械耦合，且交流阻抗仪包括微欧计、锁相放大器和阻抗电路，所述微欧计和锁相放大器均与数据I/O通道连接，且微欧计和锁相放大器均与阻抗电路连接，所述微欧计与锁相放大器连接。
优选地，所述上位计算机PC通过数据I/O通道协调操作交流阻抗仪和原子力显微镜工作，且数据I/O通道用于实现上位计算机PC与交流阻抗仪和原子力显微镜之间的信息交换，所述上位计算机PC用于进行设备管理、作业协调、仪器操作和数据处理。
优选地，所述原子力显微镜包括探针，且探针为交流阻抗仪的输入电极，探针为导电的金属包覆探针。
优选地，还包括微动平台，所述探针位于微动平台上，且微动平台与上位计算机PC连接。
本发明中，该纳米微区阻抗原位测量技术可在观察样品表面形貌和结构变化的同时，在微纳米尺度上进行精确定位的电化学检测，实现材料结构、电子和离子输运特性的实时原位测试，利用该平台，研究这些载流子的输运过程和能量传递机理，有望揭示材料的导电机理和电化学动力学过程，进而揭示材料微观结构与结构性能之间的本质关系，此联用技术的开发，也将是现代分析科学发展的重要组成部分；该纳米微区阻抗原位测量技术能够从纳米、微米尺度系统深入地研究材料功能化过程中起关键作用的表、界面结构与特性的内在联系和作用机制，进而揭示功能材料的多尺度微观结构与结构性能之间的本质关系，对多种能量转换材料进行多尺度形貌、结构物性进行研究，遴选高性能功能新材料、发现新现象和新效应，并深入探索导致这些新现象和新效应的内在载流子输运的物理和化学机理，为更好研究功能材料奠定基础。
附图说明
图1为本发明提出的一种纳米微区阻抗原位测量技术的集成拓扑结构示意图；
图2为本发明提出的一种纳米微区阻抗原位测量技术的联用原理结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
参考图1-2，本实施例提出了一种纳米微区阻抗原位测量技术，包括上位计算机PC、数据I/O通道、交流阻抗仪、原子力显微镜和机械耦合模块，上位计算机PC与数据I/O通道连接，且数据I/O通道分别与交流阻抗仪和原子力显微镜连接，交流阻抗仪和原子力显微镜通过机械耦合模块进行机械耦合，且交流阻抗仪包括微欧计、锁相放大器和阻抗电路，微欧计和锁相放大器均与数据I/O通道连接，且微欧计和锁相放大器均与阻抗电路连接，微欧计与锁相放大器连接，该纳米微区阻抗原位测量技术可在观察样品表面形貌和结构变化的同时，在微纳米尺度上进行精确定位的电化学检测，实现材料结构、电子和离子输运特性的实时原位测试，利用该平台，研究这些载流子的输运过程和能量传递机理，有望揭示材料的导电机理和电化学动力学过程，进而揭示材料微观结构与结构性能之间的本质关系，此联用技术的开发，也将是现代分析科学发展的重要组成部分；该纳米微区阻抗原位测量技术能够从纳米、微米尺度系统深入地研究材料功能化过程中起关键作用的表、界面结构与特性的内在联系和作用机制，进而揭示功能材料的多尺度微观结构与结构性能之间的本质关系，对多种能量转换材料进行多尺度形貌、结构物性进行研究，遴选高性能功能新材料、发现新现象和新效应，并深入探索导致这些新现象和新效应的内在载流子输运的物理和化学机理，为更好研究功能材料奠定基础。
本实施例中，上位计算机PC通过数据I/O通道协调操作交流阻抗仪和原子力显微镜工作，且数据I/O通道用于实现上位计算机PC与交流阻抗仪和原子力显微镜之间的信息交换，上位计算机PC用于进行设备管理、作业协调、仪器操作和数据处理，原子力显微镜包括探针，且探针为交流阻抗仪的输入电极，探针为导电的金属包覆探针，还包括微动平台，探针位于微动平台上，且微动平台与上位计算机PC连接，该纳米微区阻抗原位测量技术可在观察样品表面形貌和结构变化的同时，在微纳米尺度上进行精确定位的电化学检测，实现材料结构、电子和离子输运特性的实时原位测试，利用该平台，研究这些载流子的输运过程和能量传递机理，有望揭示材料的导电机理和电化学动力学过程，进而揭示材料微观结构与结构性能之间的本质关系，此联用技术的开发，也将是现代分析科学发展的重要组成部分；该纳米微区阻抗原位测量技术能够从纳米、微米尺度系统深入地研究材料功能化过程中起关键作用的表、界面结构与特性的内在联系和作用机制，进而揭示功能材料的多尺度微观结构与结构性能之间的本质关系，对多种能量转换材料进行多尺度形貌、结构物性进行研究，遴选高性能功能新材料、发现新现象和新效应，并深入探索导致这些新现象和新效应的内在载流子输运的物理和化学机理，为更好研究功能材料奠定基础。
本实施例中，将电化学技术与扫描探针成像技术有机地融合为一体，由上位计算机PC通过数据I/O通道及通讯协调操作各检测仪器协同工作，以实现从空间方面对目标进行分析和识别，系统硬件以接触式原子力显微镜为基础，使用导电的金属包覆探针，交流检测部分采用精密阻抗分析仪，通过机械驱动组件和数据控制模块与原子力显微镜系统耦合，数据I/O通道可以实现计算机与下层设备之间的信息交换，PC计算机在整个系统中负责设备管理、作业协调、仪器操作与数据处理等测试工作，上位计算机PC操纵微动平台，控制原子力显微镜针尖与表面的接触参数及运行参数，原子力显微镜的探针采用导电材料，同时可以作为交流阻抗仪的输入电极，在此机械耦合作用下，可以保证交流阻抗与原子力显微镜在空间分辨率上的一致性；为了实现与阻抗测量的同步，原子力显微镜采用逐点扫描的方式，上位PC通过同步策略实现针对特定微区的各项检测参数的一致性处理，满足微测试系统的测试需求，这种原子力显微镜-EIS联用技术对于生物电池、固体电解质、锂离子电池、锂空气电池、燃料电池等能量转换器件领域、纳米科学及材料学等领域的研究具有十分重要的意义和潜在的应用；借助该仪器系统可以深入研究材料或器件与其功能的构效关系和化学反应的动力学过程，为功能材料的设计和制备、新型器件的开发提供理论和实验依据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种纳米微区阻抗原位测量技术，包括上位计算机PC、数据I/O通道、交流阻抗仪、原子力显微镜和机械耦合模块，其特征在于，所述上位计算机PC与数据I/O通道连接，且数据I/O通道分别与交流阻抗仪和原子力显微镜连接，所述交流阻抗仪和原子力显微镜通过机械耦合模块进行机械耦合，且交流阻抗仪包括微欧计、锁相放大器和阻抗电路，所述微欧计和锁相放大器均与数据I/O通道连接，且微欧计和锁相放大器均与阻抗电路连接，所述微欧计与锁相放大器连接。
2.根据权利要求1所述的一种纳米微区阻抗原位测量技术，其特征在于，所述上位计算机PC通过数据I/O通道协调操作交流阻抗仪和原子力显微镜工作，且数据I/O通道用于实现上位计算机PC与交流阻抗仪和原子力显微镜之间的信息交换，所述上位计算机PC用于进行设备管理、作业协调、仪器操作和数据处理。
3.根据权利要求1所述的一种纳米微区阻抗原位测量技术，其特征在于，所述原子力显微镜包括探针，且探针为交流阻抗仪的输入电极，探针为导电的金属包覆探针。
4.根据权利要求1或3所述的一种纳米微区阻抗原位测量技术，其特征在于，还包括微动平台，所述探针位于微动平台上，且微动平台与上位计算机PC连接。
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