固液界面

探索固液界面微观结构 材料的物理化学性质不仅由其内部的组分、结构决定，而且与其周围的介质环境及表界面性质息息相关。而水作为最常见的介质环境，不仅与材料产生多种不同的作用力，如亲水作用力、疏水作用力，甚至会与材料发生各种物理和化学过程，从而对材料的性能产生重要影响。因此，在分子层面解析水与材料表面的相互作用与化学过程，对深入研究材料的表界面性质、形成机理具有重要的推动作用，同时有助于指导人们开发更好的材料与器件。 岛津 SPM-8100FM 图1 岛津SPM-8100FM 当前市场上扫描探针显微镜（SPM）有多个品牌，大多数都是使用调幅模式（AM），但是在原理上调频模式（FM）可以获得更高的图像分辨率。岛津SPM-8000FM就是采用调频检测方法，成为世界上首个商品化调频模式的扫描探针显微镜（注：原子力显微镜只是扫描探针显微镜的一种），并荣获2014年第57届“十大新产品奖”。而SPM-8100FM为SPM-8000FM的升级款，与之相比不仅分辨率有了进一步的提升，稳定性也得到了大幅提升。它不仅在大气及液体环境中达到了超高分辨率的观察，还实现了对固液界面的水化层作用或溶剂化作用层的观察，恰好适用于水-材料表界面性质的研究。下面小编就向大家介绍岛津SPM-8100FM（图1）在研究水与不同材料表界面作用中的应用。 采用SPM-8100FM 测试样品 图2 固定在液体池中三个样品的光学图片 小编通过三种不同的样品向大家展示：亲水的云母片、疏水的高定向热解石墨（HOPG）以及可以与水发生反应的方解石（图2）。采用SPM-8100FM的调频模式即可对样品的固液界面进行Z-X方向测试，也就是测试垂直于样品表面的水分子排布，测试示意图如图3所示。 图3 液体样品池测试示意图 测试结果 图4 测试所得三种体系的SPM图及水分子分层信息 所得结果（图4）中的下方黑色区域为固相（即方解石、云母和HOPG），紧靠其上表面的规整区域就是排布在固相表面的水分子层，图中红色虚线框标记的就是一个水分子哦。仔细对比，我们可以发现方解石和云母表面的水分子排布十分相似，但与HOPG表面的水分子排布相差很大。 对三者进行定量分析可知，第一层水分子距方解石、云母及HOPG的表面距离分别为0.15nm 、0.21nm 和0.38nm ，而第二层水分子的距离分别为0.34nm 、0.35nm 和0.92nm。有力地证实了水分子易在亲水材料表面铺展，而在疏水表面具有较大的水分子层间距，这也是水在普通纸张和荷叶表面具有不同铺展性的原因。 撰稿人：刘仁威

润滑油是各种机械设备上用以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂。润滑油如发动机机油，润滑原理是其中所含的添加剂成分会在金属表面形成吸附膜，从而减少摩擦作用，并通过防止金属与金属间的直接接触来阻止金属磨损。 但目前常用的测试方法并不能直接观察吸附膜，因此在实际的润滑油开发过程中，需要使用大型装置进行重复测试，例如采用真实车辆测试和发动机测试，以缩小改性剂候选范围和最佳浓度范围。此类开发方式需要大量的时间与物料成本，因此迫切需要一种新的方法。 原子力显微镜是一种通过检测纳米级针尖和样品间作用力获得信息的高分辨工具。但是传统原子力显微镜对力的检测分辨率不够高，因此需要使用调频模式的原子力显微镜。调频模式下探针可以检测到一个或几个分子对探针的扰动，非常适合对润滑油吸附膜这种单分子膜进行观测。 SPM-8100FM调频原子力显微镜仅需500μl润滑油样品，即能够以分子级分辨率观察润滑油-氧化铁界面。 使用SPM-8100FM对润滑油中氧化铁表面上所形成的磷酸酯吸附膜进行分析基油为PAO 4（聚α-烯烃），添加剂为C18AP（正磷酸油酸酯）。 图示为4组对照实验，分别是仅使用PAO（不添加C18AP）和添加了浓度为0.2 ppm、 2 ppm、20 ppm和200 ppm的C18AP的润滑油。 在未添加C18AP的PAO中，观察到层间距离0.66 nm的层状结构。通过这一层次可以看出，PAO分子在氧化铁膜表面上形成了平行于表面的平坦的覆层。随着C18AP浓度不断增加，从0.2 ppm到2 ppm后，层状结构开始消失，最后在20 ppm和200 ppm时完全观察不到。层状结构消失表明PAO分子定向已被C18AP破坏，即C18AP在氧化铁基片上的形成了吸附膜。氧化铁基片在浓度为2ppm时部分覆盖，在20ppm和200ppm时完全覆盖。可以推断，随着C18AP浓度不断增加，氧化铁基片表面逐渐被吸附膜覆盖。 对照使用摆锤式摩擦力测试仪测量获得的钢-润滑油-钢界面的摩擦系数。 在添加C18AP浓度到达20 ppm后，PAO的摩擦系数大大降低。 SPM-8100FM界面图像表明，PAO中C18AP的浓度高于20ppm时，C18AP吸附层完全覆盖了氧化铁基片表面。 尽管对滑动条件和静态条件下实施表面分析的动态环境存在差异，但是这些实验结果表明，使用SPM-8100FM对润滑油-氧化铁界面实施分析进而评估滑动表面摩擦特性是可行的。该技术对于润滑油开发，可有效加快润滑油开发进度，在研发的初期阶段就可以在实验室中进行测试，完成开发初始阶段筛查。

一、液-固界面接触角的测量的实验目的1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。2. 接触角测定材料表面接触角和表面张力的方法。二、接触角测量的过程 ： 用接触角测量仪注射器针头将一滴待测液体滴在基质上。液滴会贴附在基质表面上并投射出一个阴影。投影屏幕千分计会使用光学放大作用将影像投射到屏幕上以进行测量。三、接触角测量原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 光学接触角测量仪可以记录液滴图像并且自动分析液滴的形状。液滴形状是液体表面张力、重力和不同液体样品的密度差和湿度差及环境介质的函数。在固体表面上，液滴形状和接触角也依赖于固体的特性（例如表面自由能和形貌）。使用液滴轮廓拟合方法对获得的图像进行分析，测定接触角和表面张力。使用几种已知表面张力的液体进行接触角测试可以计算得到材料的表面自由能。 作为光学方法，光学接触角测量仪的测量精度取决于图片质量和分析软件。Attension光学接触角测量仪使用一个高质量的单色冷LED光源以使样品蒸发量降到zui低。高分辨率数码镜头、高质量的光学器件和精确的液体拟合方法确保了图片质量。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即γSG - γSL = γLGcosθ 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿，铺展润湿， 粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿，θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。

成果名称固液界面（SLIM）蛋白质结晶方法及新型结晶板研制单位名称北京大学联系人马靖联系邮箱mj@labpku.com合作方式□技术转让 □技术入股 &radic 合作开发 □其他成果成熟度□研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产成果简介：在结构生物学领域，晶体学是获得蛋白质原子结构的最普遍方法。近年来，尽管人们对蛋白质结晶原理的认识逐步深入，并且在方法研究方面不断有新的突破，但是国际上尚没有一个通用的可以获得蛋白质晶体的方法，蛋白纯化及晶体生长是一个劳动密集、成功率比较低的工作。在这种情况下，蛋白质晶体制备技术的自动化、并行化、小型化创新将大大简化蛋白晶体生长步骤，从而提高工作效率，十分必要。在此背景下，苏晓东课题组提出一个新的蛋白质结晶概念，即固体液体界面方法（SLIM），该方法可降低蛋白结晶筛选时对蛋白质浓度及量的要求。SLIM主要基于提前滴加池液使其干燥便于储存运输，而后在&ldquo 干滴板&rdquo 上生长晶体时滴加蛋白溶液到&ldquo 干池液&rdquo 中，这为蛋白晶体生长提供了不同的动力学途径。这个方法的一个突出优点是可以利用自动化的多通道的移液设备大批量的准备许多&ldquo 干滴板&rdquo ，从而大大简化蛋白结晶过程并增加通量。为了使这个方法能够实用化，课题组需要尝试及采用各种高通量、自动化移液系统来制造大量低成本&ldquo 干滴板&rdquo ，同时还要设计并制备合适的结晶塑料板材。作为&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金首批支持的项目，在项目资金的支持下，通过结晶&ldquo 干滴板&rdquo 制备仪器的购置，以及结晶板材生产模具的试制，苏晓东教授这一新型蛋白质结晶板的研制工作得以顺利推进。目前，苏晓东课题组已经成功制备了蛋白质结晶&ldquo 干滴板&rdquo 样品，并已获得良好的效果，相关专利申请已进入国家阶段。接下来，课题组将继续与相关公司及厂家合作，进一步研制&ldquo 干滴板&rdquo 的大批量、高通量生产技术，实现该技术成果的转化。应用前景：蛋白质晶体制备技术的自动化、并行化、小型化创新将大大简化蛋白晶体生长步骤，从而提高工作效率，应用前景广阔。

【工作介绍】锂金属由于其最高的能量密度而被认为是最理想的锂电池负极材料，但传统的锂金属-液体电解液电池系统存在着低库仑效率、SEI重复破裂生成和锂枝晶生长等问题。由锂金属、芳香烃和醚类溶剂组成的室温液态锂金属可从根本上抑制锂枝晶形核生长，从而解决以上问题，并且比高温熔融的碱金属或碱金属合金更容易控制、更稳定、更安全。然而，室温液态锂金属与硫化物固态电解质界面不兼容，会发生剧烈的化学反应。基于此，中科院物理所吴凡团队在解决硫化物固态电解质与有机液体电极之间长期存在的固-液界面相容性难题上取得了突破。开发出了包括PEO和β-Li3PS4/S在内的多种兼容性强的界面保护层，实现了大于1000h的长时间稳定循环。这种稳定硫化物固态电解质和有机液态锂负极之间的固-液界面的技术方法，成功地解决了界面副反应的关键问题，使这种电池构造在长周期运行中安全稳定。这为进一步提高锂电池的循环寿命和安全性开辟了新的路径。该成果以“Stable Interface Between Sulfide Solid Electrolyte and-Room-Temperature Liquid Lithium Anode”为题发表在ACS Nano上，通讯作者为中国科学院物理研究所吴凡研究员，共同第一作者为彭健博士，伍登旭硕士和姜智文硕士。【背景介绍】在锂离子电池中，固-液界面的化学和电化学不稳定性对电池特性有重要影响，如充放电效率、能量效率、能量密度、功率密度、循环性、使用寿命、安全性和自放电。不稳定的固体电解质界面（SEI）和暴露的表面会消耗锂源，降低循环性能/放电效率，增加内阻，产生气体，并降低安全性。解决固-液界面的化学/电化学不稳定问题是电池有效运行的关键。因此，对界面问题的研究是锂离子电池基础研究的核心。为了稳定电极-电解质界面，研究人员通常对电极/电解质材料或电极/电解质表面进行改性，或在电解质中添加添加剂以形成更稳定的SEI层，以获得良好效果。硫化物固体电解质（SE）表现出与液体电解质相当/超过液体电解质的高离子传导性和理想的机械硬度。然而，硫化物SE和有机液体电极（LE）之间的固-液界面问题一直是一个难以克服的挑战，研究结果非常有限。如果这个界面问题能够得到很好的解决，硫化物SE的应用范围可以从全固态电池（ASSB）系统进一步扩大到半固态电池（SSSB）系统。例如，在锂硫（Li-S）电池系统中，硫化物SE被用来形成固-液混合电解质，可以有效防止锂-硫电池中的穿梭效应，进一步提高循环性能。此外，在这项工作和以前的相关工作中，硫化物SE被应用于液体金属锂（Li-BP-DME）电池。在这种新的电池配置中，带有PEO保护层的硫化物SE和Li-BP-DME溶液可以保持稳定和兼容的界面，从而提高循环稳定性。然而，深入的降解机制仍然是缺失的，没有得到理解。为了清楚准确地了解硫化物SE(Li7P3S11(LPS))-有机LEs(液态金属Li-BP-DME)电池的固-液界面的形成和演变机制，本工作利用各种先进的表征技术对界面进行了研究，如X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）等。此外，基于对界面的深入研究，有效地设计和控制了有机LE/硫化物SE界面。因此，在有机LE和硫化物SE之间的固-液界面相容性这一长期难题上取得了突破性进展。获得了多种化学/电化学稳定、高锂电导率、电子绝缘的与有机LEs（液态金属锂-BP-DME）和硫化物SEs（LPS）兼容的界面保护层，包括PEO-LiTFSI和β-Li3PS4/S界面层。对液态金属锂（Li-BP-DME）与保护层反应形成的SEI层进行了深入表征。此外，在使用两种界面保护层的硫化物SE（LPS）/界面保护层/有机LE（Li-BP-DME）对称电池中获得了长周期性能。在使用PEO-LiTFSI聚合物界面保护层的对称电池中，在循环1000小时后，阻抗和极化电压值仍然很小。同样，带有β-Li3PS4/S界面保护层的对称电池也可以稳定地循环1100h，而且阻抗很小。这些结果证明了两个界面保护层的有效性，它们可以长期稳定硫化物SE（LPS）和有机LE（Li-BP-DME）之间的固-液界面。这种稳定固-液界面的技术方法成功地解决了硫化物SE（LPS）-有机LE（Li-BP-DME）电池体系中界面副反应的关键问题。因此，"液态金属锂（Li-BP-DME）"可以提供优异的性能，如高安全性、优异的树枝状物抑制能力、低氧化还原电位0.2V-0.3V vs Li/Li+，以及室温下12mS cm-1的高电导率，并且电池系统可以长期安全循环。该技术方法为解决硫化物SE和有机LE的固-液界面相容性问题提供了宝贵的方法，对进一步提高锂电池的循环寿命和安全性具有重要的现实意义。 【核心内容】为了研究裸露的硫化物SE（Li7P3S11）和液体金属锂BP-DME之间的SEI，我们组装了Li1.5BP3DME10/LPS/Li1.5BP3DME10对称电池（图1a-1c）。有机LE与硫化物SE接触，形成固-液界面，如图1c所示。图1a显示了对称电池的电压曲线，显示了逐渐增加的过电位（从0.123V到2.45V）和不稳定的循环，在30℃下电流密度为0.127mA cm-2，持续200小时。对称电池的阻抗持续增加表明在界面上发生了副反应，硫化物SE（LPS）和有机LE（Li-BP-DME）之间的化学/电化学稳定性很差。这也可以从循环前后的LPS的XRD数据中得到证实（图1d）。循环后，LPS片材表面的特征峰几乎完全消失，表明LPS表面几乎完全反应或分解了。循环后裸露的硫化物SE的横截面和平视形态由SEM进行了表征。由于硫化物SE的面积比有机LE的面积大，LPS有两个区域。一个是暴露于Li-BP-DME的反应区，另一个是未暴露于Li-BP-DME的非反应区，如图1e所示。图1f-g显示了循环后的LPS片的SEM图像，它显示了LPS片的反应区和非反应区的细节。结果显示，许多界面侧面反应的产物堆积在反应区，而未反应区是光滑、平坦和密集的。图1g的EDS映射图见图1h。比较反应区和未反应区的C、O、P和S元素含量，未反应区的P和S元素含量明显高于反应区，而反应区的C和O元素含量则高于未反应区。这些结果表明，界面副反应导致了硫化物SE的分解，大量的有机物质在反应区积累。图1i-1j分别显示了非反应区、轻度反应区、轻度严重反应区和严重反应区的细节。与图1i中的非反应区相比，在从非反应区向反应区过渡的过程中，界面侧的反应程度逐渐加强。轻度反应区的反应物的形态特征是光滑的球形小颗粒堆积，而轻度反应区的反应物是小绒球状颗粒，有不连续的薄层和裂缝。那些在严重反应区的颗粒的特点是更多的颗粒堆积在一起，形成一个更厚的界面层，它是崎岖不平的，有许多孔隙。图1m-1p是LPS片界面的SEM和EDS图谱。图1n中严重反应区的横截面形态显示，反应后的LPS片变得松散，具有多层结构。这表明在LPS界面和内部发生了化学反应，产生了更多的反应产物。反应产物很大，导致固体电解质层之间出现断裂和撕裂。由于反应产物的离子传导能力比原来的LPS SE弱，而且整个电解质片的离子传导通道不均匀，对称电池的极化不断增加。图1o清楚地显示了一个蓬松的、较厚的SEI层，厚度约为1.5μm。图1o的EDS映射图显示在图1p。可以看出，SEI层中C和O元素的含量高于LPS片，而LPS片中P和S元素的含量则高于SEI层。这些结果表明，SEI层的成分中含有大量的有机物和部分无机物，导致其具有蓬松而非致密的特点，离子传导率低。 图2显示了Li7P3S11的XPS分析以及它们与液体金属锂的反应。P 2p光谱可分为131.4 eV和133.1 eV的两个峰，分别对应于P2S74-和PS43-物种。随着反应的加剧，P2S74-的峰面积比从散装Li7P3S11的61%下降到严重反应区的48%。这一现象的原因是在Li7P3S11的DME溶解产物中，P2S7相比PS4相更易溶解。P2S7相的逐渐溶解导致Li7P3S11电解液表面不断形成孔和裂缝，这与SEM的结果很一致。在块状Li7P3S11中，S 2p信号可由三种不同的硫物种描述，在161.3、162.0和163.4 eV处发现峰值，它们分别对应于P-S-Li、P=S和P-S-P硫物种。峰区产生的P-S-Li、P=S和P-S-P硫磺物种的比例约为7:3:1，与Li7P3S11结构模型的理论值非常吻合。在Li7P3S11的轻度和重度反应区，属于P2S7相的P-S-P的峰面积比下降，这也证实了P2S7相的溶解。此外，在严重反应区，159.9 eV的新峰被赋予Li2S，这源于Li7P3S11 SE与液体金属锂的反应。至于C 1s光谱，Li7P3S11中284.8和286.7 eV的信号分别对应于-(CH2)-键和-O-CH2-键，这归因于样品杂质（脂肪族、不定形碳）。以284.8 eV为中心的碳峰被用作参考峰。在轻度反应区，在288.6 eV处出现了另一个C 1s信号，它源于DME分解的-O=C-O-。在严重反应区，也检测到了来自碳酸盐物种（如Li2CO3和ROCO2Li）的-OCO2-（在289.6 eV）。Li7P3S11中的O 1s光谱由两个主要贡献描述。位于531.2和532.9 eV的峰值分别属于Li-O-（Li2O）和C-O-C。Li2O是另一种常见的相位杂质。在轻度反应区，发现来自酯类（-COOR）的C=O键（在532.4 eV）。在严重反应区，C=O（-COOR和-OCO2-）的峰面积比明显增加，这与上述C 1s光谱的分析一致。在Li 1s光谱中，55.4 eV的峰可以归属于Li-O（Li2O，LiOH，Li2CO3）或Li-S（Li-S-P，Li2S），这些材料的BEs非常接近，因此这里用一个宽峰来近似地拟合Li 1s光谱。为了进一步研究SEI，通过TOF-SIMS技术对循环后的LPS裸片进行了测量。补充图1显示了LPS表面的SEI带负电和正电的片段的质谱，其中包含了关于SEI带电片段的信息。质谱包含了大量的正负离子碎片，包括无机离子碎片离子碎片。无机物包括LiC（C-）、LiH（Li2H+）、Li2O（Li3O+）、多硫化锂LiSx（S-、S2-、S3-、Li2S+、Li3S+）、Li3P（P-）、Li3PO4（P-、PO2-、Li2PO2+）、Li2SO3或LiSxOy（SO-、S2O-、SO2、 Li2SO+，Li3SO+），LiOH（LiO2H2-），LiSH（SH-，Li2SH+），Li2CO3（Li3CO3+），一些硫化物的分解产物（PS-，PS2-，PS3-，PSO-，PS2O-），以及由一些杂质元素产生的LiF，LiCl。有机化合物包括烷氧基碳酸盐ROCO2Li（O-）、烷氧基亚硫酸盐ROSO2Li（SO-、S2O-、SO2-、Li2SO+、Li3SO+）、乙炔化合物（CH-、C2H-）、烷基化合物（CH3+）、非芳香族化合物硫醇RSH（SH-）、甲酸锂HCOOLi（CHO2-）、乙酰基锂HCCOLi（C2HO-）和其他有机化合物。C6H5+苯环离子的存在表明联苯的分解。虽然不同反应区（轻度反应区和重度反应区）的SEI形态特征不同（图1j-1l所示），但不同区域的离子碎片基本相同，而只有个别离子种类不同。例如，Li2S+（m/z=46)、Li2SO+（m/z=62）、Li3SO+（m/z=69）和Li2PO2+（m/z=77）无机离子碎片没有出现在严重反应区，而CH3OLi2+（m/z=45）、CH3O2+（m/z=47）和 C6H5+（m/z=77）有机离子碎片没有出现在温和反应区。这表明严重反应区的SEI层比轻微反应区的SEI层含有更多的有机产物，这样，严重反应区的SEI层的形态是由大量的有机物堆积形成的笨重而松散的结构。为了研究这些反应产物物种的空间分布，测量了负离子和正离子模式的映射图像，如图3a，图3b所示。从图3a中可以看出，C-、O-、CH-、C2H-、S-和SH-有机二次离子表现出相对较高的强度，而其他无机二次离子表现出相对较低的强度。这意味着SEI层的表面，即靠近有机LE的一侧，主要由有机物组成，而无机物的比例较少。图3b显示Li+二次离子的强度相对较高，说明在SEI形成过程中，锂源被部分消耗，SEI表层的有机产物含有大量的锂元素。根据LPS片在负离子和正离子模式下循环后的深度曲线（图3c-3f），无机离子片段（Sx-（S-，S2-，S3-），SxOy-（SO-，SO2-，S2O-），PSxOy-（PS-，PS2-，PS3-，PSO-），P-，PO2-，SH-、 LiO2H2-, LiS-, Li+, Li2+, Li2H+, Li2SH+, Li2OH+, Li3O+, Li3CO3+, LiSxOy+ (Li2S+, Li3S+, Li2SO+, Li3SO+), Li2PO2+) 随着分析深度的增加而增加、 而有机离子碎片（C-, O-, CH-, C2H-, CH2O-, CHO2-, CH3+, CH3O2-, C6H5+, CH3OLi2+）的强度随着深度的增加而降低，表明SEI是双层结构，外层和内层分别由有机和无机相组成。这与主流的SEI层模型和镶嵌模型中的双层模型是一致的（即SEI层由两层物质组成，靠近液态电解质的松散有机物和靠近金属锂的致密无机物）。从深度剖面曲线也可以确认SEI的厚度，大于166nm（10nm min-1 SiO2标准，1000s），比传统液态电解质金属锂电池的厚度（10~20nm）。从二次离子的三维分布（图3g），可以观察到二次离子随深度变化的趋势。二次离子的三维分布与图3c-3f中二次离子随深度变化的趋势一致。值得指出的是，硫化物SE （Li7P3S11）的分解产物（PS-, PS2-, PS3-, PSO-, PS2O-）的含量随深度增加，说明大量的硫化物SE （Li7P3S11）被分解，分解产物在硫化物SE附近的表面聚集。总之，裸露的硫化物SE和有机液体金属锂-BP-DME之间的界面层是一个松散的界面层，其中有机和无机产物是随机堆积的。松散的界面层没有形成一个薄而密的连续无机界面层来阻挡有机Li-BP-DME，而是让液态金属锂不断地通过这个界面层与硫化物SE发生反应，从而消耗了电池中的锂源，降低了电池的循环性能，导致电池的内阻增加，最终失效。 根据上述特征分析，由硫化物SE和有机LE Li-BP-DME反应形成的SEI不能稳定地兼容。因此，有必要设计出化学/电化学稳定、高锂导电性和电子绝缘性并与有机LE Li-BP-DME和硫化物SE兼容的人工SEI层。此文选择了四种可能适用于硫化物SE和液体有机阳极的界面层材料，包括LIPON、富含LiF的界面层、PEO-LiTFSI聚合物和β-Li3PS4/S（图4a-4d）。LIPON界面层的厚度为200纳米，通过磁控溅射在硫化物SE片上，如图4e所示。图4f显示了在固定电流为0.127 mA cm-2时，由Li7P3S11、Li-BP-DME和LIPON界面层组装的对称电池的电压曲线。对称电池显示出低的初始过电位（0.08V），但在循环200小时后电压迅速上升到0.68V。低的初始过电位表明在循环前有一个小的界面阻抗和良好的界面接触，但迅速增加的电压表明LIPON和Li-BP-DME之间有严重的反应。因此，LIPON界面层并没有起到稳定界面的作用。由LIPON和Li-BP-DME之间的反应产生的SEI不具有化学/电化学稳定性和高离子传导性，这样的LIPON界面层就不适合做界面保护。富含LiF的界面层是在Li7P3S11片材的表面原位形成的，实验过程见图4b。从界面层的照片（图4g）可以看出，界面层的厚度均匀性较差，界面层中出现了材料聚集的现象，部分区域出现了可观察到的白色材料聚集。带有富含LiF的界面层的Li7P3S11和Li-BP-DME溶液在0.127 mA cm-2的固定电流下被组装成一个对称电池。电压曲线如图4h所示，这与带有LIPON界面层的对称电池相似。稳定性差的循环200h后，极化电压从0.135V逐渐增加到1.3V，表明界面阻抗逐渐增加。这种界面层不能发挥兼容作用，因此不适合硫化物SE和液体电解质电池系统。PEO-LiTFSI聚合物具有良好的化学/电化学稳定性，可以作为硫化物SE和金属锂之间的界面层，起到良好的界面保护作用。因此，尝试将PEO-LiTFSI聚合物引入硫化物SE和液态金属负极体系中，具体制备过程见图4c。图4i所示为制备好的带有PEO界面层的Li7P3S11薄片，它被组装成一个对称电池。电压曲线如图4j所示。该对称电池在电流密度为0.127 mA cm-2的情况下稳定循环200h，极化电压0.115V几乎没有变化，表明PEO-LiTFSI聚合物和Li-BP-DME之间反应形成的SEI与硫化物SE Li7P3S11兼容。这种SEI具有良好的化学/电化学稳定性，在室温下具有高的Li+导电性，以及理想的电子绝缘性能。另一个有效的界面层是β-Li3PS4/S。该界面层的制备过程如图4d所示，它也是在原地生成的。图4k显示了制备好的带有β-Li3PS4/S的Li7P3S11片，它被用来组装对称电池。对称电池的电压曲线如图4l所示，显示了对称电池在电流密度为0.127 mA cm-2的情况下200h的稳定循环，以及几乎不变的0.075V的极化电压。因此，β-Li3PS4/S界面层适用于硫化物SE和液体电解质电池系统。总之，通过实验筛选，从四种可能的兼容界面层材料中选出了两种具有实际效果的界面层材料（即PEO-LiTFSI聚合物和β-Li3PS4/S）。为了获得具有最佳化学/电化学稳定性和Li+电导率的PEO-LiTFSI和β-Li3PS4/S界面保护层，对两种界面层的制备参数进行了详细研究。PEO界面层有两个关键参数，一个是界面层的厚度，另一个是界面层中锂盐LiTFSI的浓度。首先探讨了PEO界面层的最佳厚度，如图5a所示。探讨了两种LiTFSI浓度（EO/Li+=24和EO/Li+=8）的PEO界面层的不同厚度。通过在Li7P3S11片材上浸泡不同数量的PEO溶液来控制界面层的厚度，PEO溶液的浸泡量为20μL、30μL、40μL和50μL。具有不同厚度参数的界面层的Li7P3S11片被组装成对称的电池。结果表明，在两种锂盐浓度下，不同量的PEO溶液（或不同厚度）的PEO界面层，对称电池在稳定循环200h后，在0.127mA cm-2的电流密度和0.15V左右的小极化电压下表现出良好的循环性能。接下来，我们探讨了不同浓度的锂盐LiTFSI的界面层在相同厚度下的有效性（图5b）。在固定的PEO溶液体积（40μL）下，研究了不同锂盐浓度EO/Li+=120、62.5、30、24、12和8的界面层并组装成对称电池。结果表明，在电流密度为0.127 mA cm-2、极化电压为0.15V左右的小电流下，具有不同锂盐LiTFSI浓度的界面层的对称电池也显示出良好的循环稳定性（200小时）。对PEO界面层的两个最佳参数的探索实验表明，PEO-LiTFSI系统的界面层在实验探索的广泛参数范围内具有良好的有效性。依次探讨了β-Li3PS4/S界面层的最佳厚度参数（图5c）。β-Li3PS4/S界面层的厚度是通过控制硫化物SE Li7P3S11片在β-Li3PS4/S前驱体溶液中的提拉次数来调节的。提拉次数分别为2、4、6、8、10、20和40。可以看出，随着拉动时间增加到10，对称电池的稳定性明显提高，但提拉次数为20和40时，对称电池就失效了。提拉次数少于10次的对称电池失败是因为β-Li3PS4/S界面层的厚度很薄，与Li-BP-DME发生了反应。提拉次数为20次和40次的对称电池的失败原因是β-Li3PS4/S界面层太厚，在原位加热过程中出现裂纹现象（图6i-m）。因此，Li-BP-DME溶液渗透并与硫化物SE Li7P3S11反应，导致对称电池失效。因此，当提拉次数为10时，β-Li3PS4/S界面层的厚度参数是最佳的。极化电压0.08V几乎没有变化，界面阻抗也没有增加，说明这个参数的β-Li3PS4/S界面层是最有效的。循环后的PEO和β-Li3PS4/S界面层的特征由SEM描述，如图6所示。图6a-6h显示了循环后PEO界面层的SEM图像，其中图6a-6d显示了平视形态，图6e-6h显示了横断面形态。图6a显示了循环后带有PEO界面层的Li7P3S11板材。片材的中间部分与Li-BP-DME接触以产生SEI，而片材的边缘部分是涂在Li7P3S11片材上的原始PEO薄膜，没有与Li-BP-DME接触。PEO界面层与Li-BP-DME反应的部分的形态与Li7P3S11片材的未反应区域明显不同。图6c显示了未反应区域的PEO层的放大SEM图像，它是光滑、平坦和致密的。图6b和6d显示了SEI区域的放大SEM图像，它也是致密的，而不是裸Li7P3S11片材的充满裂纹的片材（图1k和1l）。SEI表面是凹凸不平的鱼鳞层，说明靠近Li-BP-DME的SEI表面是以有机物为主体。图6e-6h显示了PEO界面层的横截面形态。循环前的SEM图像为图6e和6g，显示了3.56μm的PEO界面层的致密和平整。图6f和6h显示了循环后PEO界面的SEM图像，其厚度为3.29μm，与循环前相比，其厚度略有减少。然而，它仍然是致密和相对平坦的，没有裂缝。在PEO界面层下的Li7P3S11薄片也得到了很好的保护和致密，没有出现裸Li7P3S11的分层（图1n）。从这两个角度来看，PEO界面层可以有效地阻止液态金属锂-BP-DME对硫化物SE Li7P3S11的侵蚀。β-Li3PS4/S界面层也通过SEM进行了表征，如图6i-6p所示。图6i和图6k是循环前的β-Li3PS4/S界面层的平视形态图。结果显示，界面层的边缘是平坦而致密的，但在界面层的较厚部分存在一些裂缝。图6j和图6l显示了循环后的界面层的平视形态。界面层表面存在裂缝，球形的有机物在裂缝处聚集/生长，而没有裂缝的地方则是平坦而密集的。图6m-6p显示了界面层的横截面形态，其中循环前的界面层光滑、致密、平整，厚度为2.05μm（图6m和图6o）。循环后的界面层厚度约为0.67μm（如果包括上面的凹凸不平的有机层，则1μm），但裂缝出现并增长，使β-Li3PS4/S界面层爆裂（图6n和图6p）。因此，β-Li3PS4/S界面层失败的原因不是它与Li-BP-DME的反应，而是由于其不均匀的厚度所引起的裂缝。Li-BP-DME溶液通过这些裂缝与硫化SE Li7P3S11反应，导致Li7P3S11和β-Li3PS4/S之间的界面反应产物的增长，使界面层破裂。在形成更多的裂缝后，当β-Li3PS4/S界面层被破坏时，对称电池就会失效。为了了解PEO-LiTFSI界面层与硫化物SE Li7P3S11/有机LE Li-BP-DME兼容，以便在室温下实现良好的Li+传导，通过TOF-SIMS技术测量了循环后的PEO@Li7P3S11片。结果显示，大量的无机和有机界面反应产物积累。无机产物包括LiF（F-，Li2F+，Li3F2+），Li2CO3（Li3CO3+），Li2NO3（NO2-，NO3-），Li3P（P-），Li2S（S-），LiH（Li2H+），LiCx（C-，C2-，C4-，C6-，Li3C3+），Li2O（O-），Li3PO4（PO2-，Li3P2O2、Li3P2O3-, Li2PO2+, Li4POH4+），Li2SO3（Li3SO+），LiSH（Li2SH+），LiOH（Li2OH+），微量硫化物SE Li7P3S11的一些分解产物（PS2-，PSO-），以及由微量杂质元素产生的LiCl（Cl-）。有机产品包括乙炔化合物（CH-，C2H-），烷基化合物（CH3+，C2H3+，C2H5+，C3H7+，C4H7+），烯基化合物（C3H5+），甲酸锂HCOOLi（CHO2-）、乙酰化锂HCCOLi（C2HO-），LiTFSI的有机分解产物（OFH3-、CH2OF-、C2O2F-、CNO-）和残留的乙腈（ACN）小分子（CN-）。从负离子（图7a和补充图6）和正离子（图7b）模式的映射图像可以看出，除了C-和Li+的分布相对均匀外，无机和有机二级离子片段的分布并不均匀。这些二次离子碎片的聚集分布与循环后PEO界面层的SEM图像（图6d和图6h）的粗糙表面一致。根据负离子和正离子模式的深度曲线（图7c-7f），S-、SH-和Li+二次离子碎片的信号强度随着深度的增加而增强，这表明SEI层中越来越多的Li2S（S-）、LiSH（SH-）无机物。一些无机离子碎片（如F-、PSO-、PS2-、PO2-、P-、Li3P2O2-、Li2+、Li2OH+、Li2F+、Li3F2+和Li3O+）的信号强度随着深度的增加先减后增，说明这些无机物在SEI表面或深层的分布较多，而在SEI表层的分布较少。其中，无机物LiF（F-、Li2F+、Li3F2+）、LiOH（Li2OH+）、Li3PO4（Li3P2O2-）、Li2O（Li3O+）都是有利于Li+传导的成分。其他无机二次离子碎片如NO2-、NO3-、Li3CO3+、Li2H+、Li3C3+和Li4POH4+的信号强度随着深度的增加而降低，说明Li2NO3（NO2-、NO3-）、Li2CO3（Li3CO3+)、LiH（Li2H+)、LiC（Li3C3+）等无机物更多地分布在SEI层的表面，在SEI层内部分布很少。CN-、CH2OF-、CH-和C2H-的信号强度很强，但随着深度的增加而降低，表明这些有机物主要分布在靠近SEI的表面。CN-的存在表明小的乙腈分子仍然存在，而CH2OF-是LiTFSI的分解产物。其他有机离子碎片C7H5-, C2HO-, CHO2-, OFH3-, C2O2F-, CNO-, CH3+, C2H3+, C2H5+, C3H5+, C3H7+, C4H7+, C3H6O+, CH2OLi+的信号强度随深度增加而明显下降，说明这些有机物只分布在SEI的表面。这些离子碎片的信号强度随深度变化的信息在三维分布图中得到了更直观的体现（图7g）。基于TOF-SIMS的表征结果表明，当温度高于玻璃状态时，PEO-LiTFSI界面层中Li+的传导模式不再是PEO分子链运动引起的Li+的跳跃性传导、而是在PEO界面层中产生了大量的无机锂导体（LiF、Li2CO3、Li2NO3、Li3P、Li2S、LiH、LiCx、Li2O、Li3PO4、Li2SO3、LiSH、LiOH）。一般认为，单一的化合物不能实现理想的SEI膜的理想功能，因为当不同的化合物成分共存于SEI中时，它们可以相互合作，形成异质结构，从而改善阳极面的离子导电性和电子绝缘性能。此外，氰基和甲氟烷的作用进一步改变了Li+在PEO层中的传输模式，因为氟具有很强的电子汲取能力，可以削弱含氟有机物（OFH3-、CH2OF-（甲基氟醚））与Li+的相互作用。此外，含氟有机物可以与含氟阴离子（TFSI-）相互作用，抑制阴离子的运输，从而减少浓度极化。作为增塑剂的小乙腈分子和液体锂金属Li-BP-DME的残留物也可以促进Li+在电解质中的迁移。在无机锂盐、甲醚和增塑剂的共同作用下，界面层可以有效地运输Li+。Li-BP-DME溶液作为一种活性电子间接转移引发剂，可以引发环氧乙烷的阴离子活性聚合，生成PEO。因此，高分子量的PEO与Li-BP-DME具有良好的化学稳定性。因此，该界面层具有化学/电化学稳定性、高Li+导电性和电子绝缘性。由于TOF-SIMS的检测限制，测试深度只能达到500nm，这与SEM显示的2.6μm的界面层厚度不同（图6f和图6h）。因此，TOF-SIMS只测试SEI的表面层和SEI内层的一部分。根据这部分信息，无机产物的信号强度随着深度的增加而增加，而有机化合物的信号强度则随着深度的增加而减少。可以推测，在靠近硫化物SE的一侧积累了更多的无机产物，而在靠近Li-BP-DME的一侧存在更多的有机产物。β-Li3PS4/S能够作为硫化物SE和有机LE电池系统的界面层的机制是由于β-Li3PS4/S与醚基液体电解质反应的唯一产物是DME溶解的Li3PS4，它不溶于各种有机极性溶剂，从而阻止了β-Li3PS4/S的进一步溶解，从而阻止了硫化物SE Li7P3S11被有机LE Li-BP-DME侵蚀的现象。为了了解β-Li3PS4/S界面层如何有效地工作，通过TOF-SIMS技术测量了循环后的β-Li3PS4/S@ Li7P3S11片层。β-Li3PS4/S表面的SEI带负电和正电的片段的质谱显示在补充图8。可以看出，在界面上产生了一些无机和有机产物。无机物有Li2CO3（Li3CO3+）, Li2NO3（NO2-）, Li3P（P-）, Li2S（S-）, LiH（Li2H+）, LiCx（C-）, Li2O（O-）, Li3PO4（PO2-, Li4POH4+）、 LiSH（SH-），LiOH（OH-），硫化物SE Li7P3S11（PS2-，PSO-）的分解产物，以及由杂质元素氟产生的LiF。有机化合物包括乙炔化合物（CH-，C2H-），烷基化合物（CH3+，C2H5+，C3H7+，C4H7+），烯基化合物（C2H3+，C3H5+），甲酸锂HCOOLi（CHO2-），乙酰锂HCCOLi（C2HO-）和其他有机化合物。从负离子（图8a）和正离子（图8b）模式的映射图像可以看出，各种界面产物均匀分布。有机物质CH-、C2H-、C-、O-和无机物质Li2OH+的信号强度很强，说明SEI表面基本上是由有机物质和少量无机LiOH组成。根据负离子和正离子模式的深度曲线（图8c-8f），Li2H+、Li3CO3+、Li4POH4+和Li2F+（杂质碎片离子）的信号强度随深度增加而降低，说明SEI层表面存在Li2H（Li2H+）、Li2CO3（Li3CO3+）、Li3PO4（Li4POH4+）和LiF（Li2F+）。其他无机离子片段，如S-、S2-、SH-、P-、PS-、PS2-、PSO-、Li2+、Li2S+、Li3S+、Li3O+和Li2OH+的信号强度随着深度的增加而增加，表明Li2O（Li3O+）、Li3P（P-）、LiSx（Li2S+, Li3S+）、 LiOH（Li2OH+）、LiSH（SH-）和与Li7P3S11有关的离子性物种PSx-（P-、PS-、PS2-、PSO-是PSx-的氧化产物）在SEI层的分布相对较多，在SEI表层的分布较少。与无机物的信号强度相比，大多数有机物（CHO2-, C2HO-, CH3+, C2H3+, C2H5+, C3H3+, C3H5+, C3H7+, C4H7+）的信号强度较弱，并随着深度的增加而降低，说明它们只分布在SEI表面。相反，CH-和C2H-信号强度较强，并随深度的增加而减少，表明SEI中的有机物质。这些二级离子片段的信号强度随深度变化的信息在三维分布图中得到了更直观的体现（图8g）。从上述数据中，可以得到一个相对清晰的SEI结构。β- Li3PS4/S界面层被分为两层。靠近Li-BP-DME的一层是溶解的β-Li3PS4/S，因为在这层中同时存在着与Li3PS4有关的离子物种PSx-和与DME有关的有机离子物种CH-, C2H-, CHO2-, C2HO-。此外，一些无机锂导体Li2CO3、Li3PO4、LiF、Li2O、Li3P、LiSx、LiOH（Li2OH+）和LiSH也存在于该层中，它们相互配合，提高了Li+的导电性和负极端的电子绝缘性。另一层是靠近硫化物SE Li7P3S11的致密的β-Li3PS4/S层。受TOF-SIMS测量范围的限制，SEI的深度为500nm，小于SEM显示的SEI层厚度的1μm（图6n和图6p）。然而，根据有机和无机物质随深度增加而变化的趋势，可以推断出SEI具有上述的双层结构。经过一系列的表征分析，得到了裸Li7P3S11以及PEO-LiTFSI和-Li3PS4/S界面保护层的SEI信息，如图9a-9c所示。裸硫化物SE Li7P3S11的SEI结构（图9a）由两层组成。靠近有机LE Li-BP-DME的一侧是一个松散多孔的有机层，它是由Li-BP-DME的联苯和二甲醚分解形成的。这种可被液态金属锂渗透的SEI层包括一个相对密集的无机内层和一个富含有机物的外层。在Li7P3S11的一侧是一个无机松散层，其中分布着少量的有机物。因此，Li-BP-DME溶液可以穿透这层非致密的SEI，继续与硫化物SE反应，导致这个电池系统的失败。还得到了一个清晰的PEO-LiTFSI界面保护层的SEI结构（图9b）。这个SEI层由PEO框架组成，它与Li-BP-DME的化学性质稳定，其中存在大量的无机Li+导电成分（LiF, Li2CO3, Li2NO3, Li3P, Li2S, LiH, LiCx, Li2O, Li3PO4, Li2SO3, LiSH, LiOH）。这些无机成分相互合作，以提高Li+的导电性和阳极一侧的电子绝缘性。再加上少量的乙腈小分子和甲氟烷（CH2OF-）的作用，SEI层在室温下可以有效地传导Li+。图9c显示了β-Li3PS4/S界面保护层的SEI结构，它由两层组成，靠近Li-BP-DME的一层是溶解的β-Li3PS4/S。另一层是靠近硫化物SE Li7P3S11的密集的β-Li3PS4/S层。同时，一些无机锂导体Li2CO3、Li3PO4、LiF、Li2O、Li3P、LiSx、LiOH(Li2OH+)和LiSH相互配合，提高了Li+的导电性和阳极一侧的电子绝缘性。在明确了PEO-LiTFSI和β- Li3PS4/S界面层的机制后，组装了具有两个界面层的对称电池，以测试硫化物SE Li7P3S11对Li1.5BP3DME10阳极的界面稳定性。图10显示了Li-BP-DME//β-Li3PS4/S//Li7P3S11//β-Li3PS4/S//Li-BP-DME电池和Li-BP-DME//PEO//Li7P3S11//PEO//Li-BP-DME电池在固定电流为0.127 mA cm-2和面积容量为0.254 mAh cm-2的电压曲线。两种电池都表现出低的初始过电位（PEO和β-Li3PS4/S约为0.11V）。带有PEO界面层的电池可以稳定地循环约1000小时（电压上升到0.8V），而带有β-Li3PS4/S界面层的电池可以稳定地循环约1100小时（电压上升到0.2V）。与Li-BP-DME/裸露的LPS/Li-BP-DME对称电池相比，这些带有PEO和β-Li3PS4/S保护层的电池显示出更好的循环稳定性（~1000小时和~1100小时）。【结论】总之，通过一系列系统的表征，明确了硫化物SE Li7P3S11与有机LE Li-BP-DME之间的界面反应机制。在此基础上，设计并探索了硫化物SE (Li7P3S11)与有机LE (Li-BP-DME)之间稳定的界面层材料，从而突破了硫化物SE与有机LE之间长期存在的固-液界面相容性难题。事实证明，PEO-LiTFSI聚合物界面层和β-Li3PS4/S界面层在近1100h和1000h的长期稳定循环中是有效的。此外，对这两种界面层进行了详细的描述，以深入了解其保护机制。该工作为解决硫化物固体电解质与有机液体电极之间的固-液界面相容性问题提供了宝贵的方法，对进一步提高锂电池的循环寿命和安全性具有重要的现实意义。 【作者及团队介绍】 第一作者：彭健，男，博士毕业于中科院物理所。研究方向为新型电极材料、新型硫化物固态电解质材料及电池研究。伍登旭，男，本科毕业于北京理工大学化学与化工学院，现为中科院物理所E01组研究生。主要研究方向为硫化物固态电解质及其界面问题。姜智文，男，本科毕业于南京工业大学，现为英国南安普顿大学研究生。主要研究方向为硫化物固态电解质及其界面问题。 合作作者：陈立泉：中科院物理所博士生导师。中国工程院院士。北京星恒电源股份有限公司技术总监。曾任亚洲固体离子学会副主席，中国材料研究学会副理事长，2004年至今任中国硅酸盐学会副理事长。主要从事锂电池及相关材料研究，在中国首先研制成功锂离子电池，解决了锂离子电池规模化生产的科学、技术与工程问题，实现了锂离子电池的产业化。近年来，开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池等研究，为开发下一代动力电池和储能电池奠定了基础。曾获国家自然科学奖一等奖、中科院科技进步奖特等奖和二等奖，2007年获国际电池材料协会终身成就奖。2001年当选为中国工程院院士。合作作者：李泓：中国科学院物理研究所研究员，博士生导师。主要研究方向为高能量密度鲤离子电池、固态鲤电池、电池失效分析、固态离子学。提出和发展了高容量纳米硅碳负极材料，基于原位固态化技术的混合固液电解质高能量密度鲤离子电池及全固态电池等。发表了470余篇学术论文，引用47000次，授权70余项发明专利，H因子115。国家重大人才工程B类专家，荣获国家杰出青年科学基金资助。目前是科技部和工信部+四五储能和智能电网重点专项实施方案与指南编写组的总体组组长，国家新能源汽车创新中心学术委员会委员。国际固态离子学会、国际鲤电池会议、国际储能联盟科学执委会成员。围绕固态电池，推动孵化成立了多家企业。 通讯作者：吴凡：中科院物理所博士生导师、共青团常州市委副书记。入选国家级人才计划、中科院人才计划、江苏省杰出青年基金。获全国青年岗位能手（共青团中央）、全国未来储能技术挑战赛一等奖、全国先进储能技术创新挑战赛二等奖（国家工信部）、江苏青年五四奖章等荣誉。

在4月30号出版的《美国化学会志》(JACS, 2008, 130, 5798)上报道了中科院武汉物数所杨俊博士在美国University of Delaware 用固体NMR新方法研究蛋白质界面的研究工作。 一些生物大分子，如膜蛋白，蛋白质复合体，蛋白质纤维等，在生命过程中起着极为重要的作用，但是由于难于得到这些生物分子的单晶以及它们在溶液中的低溶解度， 用X-ray和液体NMR很难得到它们的结构。一个典型的例子是膜蛋白质。膜蛋白约占与人类基因编码有关的蛋白质的30%，一些重要的生命活动如能量转换、信息识别与传递、物质运送和分配都与膜蛋白密切相关。但是到目前为止，只有157种(总共约3万种)膜蛋白的三维结构结构是已知的。对于这些“困难”的生物大分子，固体NMR被认为是最有前途的研究手段之一。自从2002年德国科学家首次用魔角旋转NMR得到固体蛋白质的三维结构以来，这几年这个领域飞速向前发展。随着高磁场NMR仪器的使用，魔角旋转NMR探头技术的发展，固体蛋白质样品制备技术的成熟和一批两维到四维固体NMR脉冲序列的使用，魔角旋转NMR研究蛋白质的能力大大提高，魔角旋转NMR已经能够对25-30 KDa的蛋白质进行NMR信号全归属和相应的结构和动力学研究。 在这个研究中，杨俊和University of Delaware 的同事Tatyana Polenova设计了一组新脉冲序列，他们用这组脉冲序列研究了用不同同位素标记的thioredoxin蛋白质组装体的分子内和分子间的界面。首先他们用理论模拟和NMR实验证实了固体NMR中的REDOR技术可以用来消除13C,15N全富集的蛋白质主链上的15N信号，实现了用一个蛋白质样品同时进行NMR信号归属和蛋白质界面研究。借助于对远程相互作用敏感的1H/13C REDOR和PAIN－CP技术, 他们设计了两个脉冲序列，用不同核自旋对的相关性观察到了蛋白质界面上空间相近的残基对。另外，他们还设计了两个脉冲序列对蛋白质另外一段的主链上的15N信号进行了归属。这组固体NMR的脉冲序列和相应的同位素标记方法将可以在更大的蛋白质复合体的界面研究中使用。

表界面化学是能源、环境和生命等前沿科学领域的核心。在分子水平上表征表界面化学，对阐明上述领域关键科学问题的化学本质具有重要意义。然而，表界面层极薄、其物种复杂性及高度动态性，对化学测量学提出了挑战。飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)是迅速发展的先进表界面分析技术。而作为基于高真空环境的分析技术，SIMS难以直接分析涉及到液体的表界面。　　近年来，中国科学院化学研究所活体分析化学实验室研究员汪福意课题组，针对动态表界面分析问题以及诸多重要表界面过程处于“黑箱”状态的研究现状，基于高化学稳定、高真空兼容的微流控装置，将一系列液体表面以及固液界面引入超高真空的SIMS分析系统中，发展了多场景适用的具有高界面敏感(ppm)、高时间分辨(μs)、超薄信息深度(nm)和“软”电离等特性的原位液相ToF-SIMS新技术，以直接分子证据可视化追踪液体表面/固液界面的微观弱相互作用，并原位实时监测界面电化学双电层结构、反应中间体、鉴定电催化活性位点等。迄今为止，原位液相ToF-SIMS是唯一已知可原位探测固液界面的质谱分析技术，为揭示电化学、能源、环境、生命等领域重要表界面微观结构的时空演化机理及界面构效关系提供了高效、独特的研究平台。　　汪福意课题组与中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士/胡承志研究员团队合作，将原位液相SIMS技术拓展至纳米孔道膜分离过程中的固液界面分析，原位捕获了离子水簇在纳滤膜孔道传输过程的水合形态变化，提供了基于水簇结构转化与其膜孔传输适配的纳滤膜分离技术原理，为高性能纳滤膜材料开发与膜分离系统优化提供了实验依据。相关成果发表在《科学进展》(Science Advances 2023, 9, eadf8412)和《美国化学学会纳米杂志》(ACS Nano 2023, 17, 12629)上。　　汪福意课题组与南昌大学教授陈义旺/胡笑添团队合作，发展了原位液相SIMS技术，研究了钙钛矿太阳能电池领域饱受困扰的前驱体溶液老化问题，以直接分子证据揭示了三阳离子混合卤化物钙钛矿前驱体溶液在长期存储过程中的老化反应机制。进而，该团队针对前驱体离子老化机制提出了Lewis酸/碱添加剂减缓钙钛矿溶液老化的策略，并阐释了添加剂化学结构与添加剂抑制老化效果之间的构效关系。研究表明，原位液相ToF-SIMS新技术可作为“分子眼”促进对钙钛矿溶液化学的认知，推动了钙钛矿器件产业化策略的设计和开发。相关成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215799)上。进一步，该团队以低维钙钛矿前驱体溶液中的胶体粒子作为研究对象，应用原位液相ToF-SIMS可视化间隔阳离子参与的胶体组装行为，揭示了氢键作用与量子阱结构优化的新机制，为实现高效低维钙钛矿太阳电池印刷提供了实验依据。相关成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303177)上。　　研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。　　液相ToF-SIMS原位剖析钙钛矿溶液老化化学及抑制老化作用机制

气液界面在自然中无处不在。无论是江河湖海还是云雾的表面，均为气液界面，因此气液界面的表面积极其庞大。分子在气液界面跳跃、旋转、碰撞、融合，创造着化学奇迹。如此庞大的表面积上发生的化学反应，通常又有着速率极快的特征，因此，气液界面化学反应的研究对理解天气和气候的生成和变化，以及污染的生成等环境和健康领域都有着重大的意义。然而，严格定义的气液界面极薄，通常为水面上的一层或者几层分子。因此要对这薄得几乎不可察觉的界面进行分析，并跟踪其中的化学反应，面临着极大的技术挑战。 为此，南开大学化学学院张新星研究员通过在质谱电离进样过程的物理原理上的创新，层层递进地开发了三代“场致液滴电离-质谱（FIDI-MS）”技术，该技术可以以极高的选择性采样气液界面物种，而不受到溶液内部物种的干扰。利用该技术，张新星在气液界面上的关键有机和无机物种的化学反应分析中取得了系列重要发现，将目前气液界面的化学反应研究推向纵深。因其在气液界面质谱方法学开发极其应用等方面的杰出成果，张新星研究员获得了由中国物理学会质谱分会设立并颁发的“质谱青年奖”（该奖项的设立是为了推动我国质谱事业的发展，提升其国际地位和影响力，针对青年质谱工作者设立的最高学术奖励，每两年评选一次，以此鼓励和表彰四十周岁以下青年学者在质谱领域取得重大创新性研究成果，每次评选不超过两人）。当前气液界面研究的最新进展有哪些？气液界面的化学反应研究面临哪些难题与挑战？未来气液界面质谱学研究的应用前景有哪些？带着这些问题，仪器信息网特别采访了南开大学化学学院张新星研究员，与他进行了深入的交流。南开大学化学学院 张新星研究员气液界面化学反应研究为何重要？张新星介绍到，气液界面在自然界中无处不在，同时气液界面上发生着丰富多样的化学反应和相互作用，这些反应对于理解大气化学、环境污染和生物体内的生化过程至关重要。通过研究气液界面化学反应的机理和动力学，可以揭示关键反应路径、开发环境友好型化学过程等，对推动大气化学、生物化学发展以及解决环境和能源等关键问题具有重要意义。创新质谱装置攻关实战，破解气液界面选择性采样难题怎样的背景下将质谱技术与气液界面化学反应研究结合在了一起？张新星坦言，在技术上，有选择性地研究气液界面非常困难，这是由于气液界面层极薄，很难在不受到体相物种干扰的前提下，高选择性地采样界面层。国际上能够研究气液界面的技术非常有限，常见的方法有非线性光学技术、常压光电子能谱技术、全内反射荧光法等。而质谱作为化学测量学中最常见的分析技术之一，在分析物质成分和分子结构、跟踪反应机理等方面有着天然的优势。然而常见的质谱电离进样技术使待测溶液发生库仑爆炸，溶液中的物种无差别进样，无法对气液界面进行选择性进样。针对以上技术难题，张新星团队通过对质谱电离过程进行创新，发展了系列具有极高气液界面选择性的“场致液滴电离-质谱装置（FIDI-MS）”，装置操控液滴实现从液滴的气液界面上撕扯出待测物的行为，实现了很高的气液界面选择性。不过，新装置的开发也并不是一帆风顺的，张新星团队不断摸索创新，从敞开式气液界面质谱分析→进样气体氛围精确可控的封闭式气液界面质谱分析→悬浮式气液界面质谱分析，通过技术的层层递进，实现了气液界面精准分析的逐步提高。张新星团队开发的系列递进式FIDI-MS装置气液界面研究发力 揭示雾霾隐藏成因在气液界面质谱分析方法研发的基础上，张新星团队还开展了一系列气液界面化学反应的精准分析研究，取得了多项重要成果。谈到至今仍然时有爆发的雾霾天，张新星介绍其团队还曾研究雾霾中二氧化硫氧化成硫酸根的形成途径。近年来，我国秋冬季雾霾天气呈现常态化趋势，造成严重的空气污染，对人类身心健康均造成极大威胁。“中国华北地区雾霾成分的很大特点之一在于其含有质量分数极大的硫酸根。尽管已有大量关于硫酸根形成原因的研究，但在雾霾中观测到的硫酸根浓度和实际观测到的硫酸根含量间仍存在巨大差距，这表明雾霾中仍存在有未知的二氧化硫氧化成硫酸根的途径。基于此，我们团队利用自搭建的新型质谱技术手套箱FIDI-MS ，精确控制环境的气体氛围，发现二氧化硫在气液界面处可以吸收UVA光子，以自旋禁阻的方式跃迁到其三线态，然后与氧气和水反应，并快速形成硫酸根。这一交叉了分析化学、量子化学和大气化学的综合发现填补了对二氧化硫激发态氧化化学反应认知的空白，说明了在气液界面处太阳光引起的二氧化硫的光化学氧化可能是雾霾中硫酸根的重要来源。”张新星补充道。此外，张新星团队近期的成果中值得一提的还有其利用FIDI-MS技术发现了违反常识的实验现象。大气中含量第二高的碳氢化合物——异戊二烯，作为挥发性极强、极性极小的有机化合物，被发现不但可以吸附在气液界面上，还能以极高的速率被氧化成上百种产物，这一成果开辟了气液界面上异戊二烯氧化化学分析的新赛道。张新星研究员及其团队在实验室在采访的最后，张新星也坦言道，“国际上关于气液界面相关的研究正不断取得新的进展，而国内相关的研究起步相对较晚。不过，在过去的两年中，我们已经看到一些团队陆续开始从事气液界面的研究工作，这个领域在国内逐渐兴起，众人拾柴火焰高，这是值得我们从事气液界面研究的工作者感到高兴的事情。”在谈到下一步的研究计划时，张新星表示，团队目前主要聚焦在气液界面相关的化学反应研究工作，而自然界中有着多种形式的界面，包括气固界面、液固界面、液液界面等。团队未来将致力于通过改进和创新现有技术，提高界面质谱的选择性，探索多种形式的界面化学反应研究，从而更好地揭示界面化学反应的细节和动态过程。合影采访编辑：万鑫

项目编号：ZKGSF(ZB)-20221398项目名称：山东能源研究院仿生能源界面技术研究中心固体表面Zeta电位仪及气质联用仪采购项目预算金额：128.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：124.0000000 万元（人民币）采购需求：序号设备名称数量简要用途交货期交货地点是否允许采购进口产品1固体表面Zeta电位仪1台固体表面ZETA电位分析仪，采用流动电位法和流动电流法测定Zeta电位。流动电位和流动电流是液相相对固体表面运动引起的动电效应。通过配置特定的电解质溶液可以得出固体表面ZETA电位，吸附效果等参数，从而判断材料亲水性、材料表面等电点、检测材料性能等。在污水处理、生物材料、半导体、膜行业、化妆品、海水淡化、纤维行业都有较多的应用。签订合同后12周山东能源研究院是2气相色谱-质谱联用1台适用于对材料化学研究中易挥发的有机化合物进行有效的分离，并且对这些化合物进行定性（通过数据库比对）和定量分析。签订合同后2个月山东能源研究院是 合同履行期限：固体表面Zeta电位仪为签订合同后12周；气相色谱-质谱联用为签订合同后2个月。本项目( 不接受 )联合体投标。

分子间的作用力形成液体的界面张力或表面张力，张力值的大小能够反映液体的物理化学性质及其物质构成。 合成血液用于医用口罩合成血液穿透性的测定。口罩的生产需进行表面张力、界面张力的测定。 A1200自动界面张力测定仪适用标准：GB/T6541，分子间的作用力形成液体的界面张力或表面张力，张力值的大小能够反映液体的物理化学性质及其物质构成，是相关行业考察产品质量的重要指标之一。 A1200基于圆环法（白金环法），测量各种液体的表面张力(液-气相界面)及液体的界面张力(液-液相界面)。此方法具有操作简单，精确度高的优点而被广泛应用。仪器特点 1、采用独创的快响应电磁力平衡传感器，提高了测量精度与线性度2、仪器校准只需标定一点，解决了前一代传感器需要多点标定的问题。免去了调零电位器及调满量程电位器3、实时显示等效张力值、当前重量（可作为电子天平称重）4、集成温度探测电路，对测试结果自动温度补偿5、240×128点阵液晶显示屏，无标识按键， 具有屏幕保护功能6、带时间标记的历史记录，最多存储255个7、内置高速热敏式微型打印机，打印美观、快捷，具有脱机打印功能8、配有标准RS232接口，可与计算机连接，便于处理试验数据9、可实现全中文/全英文界面显示

表界面化学是能源、环境和生命等前沿科学领域的核心。在分子水平上表征表界面化学，对阐明上述领域关键科学问题的化学本质具有重要意义。然而，表界面层极薄、其物种复杂性及高度动态性，对化学测量学提出了挑战。飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是迅速发展的先进表界面分析技术。而作为基于高真空环境的分析技术，SIMS难以直接分析涉及到液体的表界面。近年来，中国科学院化学研究所活体分析化学实验室研究员汪福意课题组，针对动态表界面分析问题以及诸多重要表界面过程处于“黑箱”状态的研究现状，基于高化学稳定、高真空兼容的微流控装置，将一系列液体表面以及固液界面引入超高真空的SIMS分析系统中，发展了多场景适用的具有高界面敏感（ppm）、高时间分辨（μs）、超薄信息深度（nm）和“软”电离等特性的原位液相ToF-SIMS新技术，以直接分子证据可视化追踪液体表面/固液界面的微观弱相互作用，并原位实时监测界面电化学双电层结构、反应中间体、鉴定电催化活性位点等。迄今为止，原位液相ToF-SIMS是唯一已知可原位探测固液界面的质谱分析技术，为揭示电化学、能源、环境、生命等领域重要表界面微观结构的时空演化机理及界面构效关系提供了高效、独特的研究平台。汪福意课题组与中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士/胡承志研究员团队合作，将原位液相SIMS技术拓展至纳米孔道膜分离过程中的固液界面分析，原位捕获了离子水簇在纳滤膜孔道传输过程的水合形态变化，提供了基于水簇结构转化与其膜孔传输适配的纳滤膜分离技术原理，为高性能纳滤膜材料开发与膜分离系统优化提供了实验依据。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances 2023, 9, eadf8412）和《美国化学学会纳米杂志》（ACS Nano 2023, 17, 12629）上。汪福意课题组与南昌大学教授陈义旺/胡笑添团队合作，发展了原位液相SIMS技术，研究了钙钛矿太阳能电池领域饱受困扰的前驱体溶液老化问题，以直接分子证据揭示了三阳离子混合卤化物钙钛矿前驱体溶液在长期存储过程中的老化反应机制。进而，该团队针对前驱体离子老化机制提出了Lewis酸/碱添加剂减缓钙钛矿溶液老化的策略，并阐释了添加剂化学结构与添加剂抑制老化效果之间的构效关系。研究表明，原位液相ToF-SIMS新技术可作为“分子眼”促进对钙钛矿溶液化学的认知，推动了钙钛矿器件产业化策略的设计和开发。相关成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215799）上。进一步，该团队以低维钙钛矿前驱体溶液中的胶体粒子作为研究对象，应用原位液相ToF-SIMS可视化间隔阳离子参与的胶体组装行为，揭示了氢键作用与量子阱结构优化的新机制，为实现高效低维钙钛矿太阳电池印刷提供了实验依据。相关成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303177）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。液相ToF-SIMS原位剖析钙钛矿溶液老化化学及抑制老化作用机制

一、项目编号：ZKGSF(ZB)-20221398（招标文件编号：ZKGSF（ZB）-20221398）二、项目名称：山东能源研究院仿生能源界面技术研究中心固体表面Zeta电位仪及气质联用仪采购项目三、中标（成交）信息供应商名称：北京华尔达科贸有限责任公司供应商地址：北京市东城区东中街58号1号楼1层105中标（成交）金额：123.1688000（万元）四、主要标的信息序号 供应商名称 货物名称 货物品牌 货物型号 货物数量 货物单价(元) 1 北京华尔达科贸有限责任公司 固体表面Zeta电位仪；气相色谱-质谱联用 安东帕Anton Paar；岛津Shimadzu SurPASS3；GCMS-2020NX 1台；1台 568508；663180

固态锂金属电池在电动汽车应用中越来越受欢迎，因为它们用更安全的固态电解质代替易燃液体电解质，这种电解质还提供更高的能量密度和更好的抗锂枝晶形成的能力。固体聚合物电解质 (SPE) 因其可调节的机械性能和易于制造而成为极具前景的候选材料；然而，它们对锂金属的电化学不稳定性、中等的电导率和对Li/SPE中间相知之甚少阻碍了在实际电池中的广泛应用。特别是，与SPE相关的低库仑效率(CE)的起源仍然难以捉摸，因为关于它是否源于不利的界面反应或锂枝晶生长和死锂形成的争论仍在继续。在这项工作中，我们使用最先进的冷冻电镜成像和光谱技术来表征界面的结构和化学性质，和基于聚丙烯酸酯的SPE。与传统知识相反，我们发现由于沉积的锂枝晶与聚丙烯酸骨架和丁二腈增塑剂之间的持续反应，没有形成保护性界面。由于反应引起的体积变化，在锂枝晶内部形成了大量具有应力-腐蚀-开裂行为的裂纹。在此观察的基础上，我们利用液体电解质的知识引入添加剂工程，并证明使用氟代碳酸亚乙酯可以有效地保护Li表面免受腐蚀，从而产生致密堆积的Li0具有保形和稳定的固体电解质界面膜的圆顶。由于 1.01 mS cm-1的高室温离子电导率、0.57 的高迁移数和稳定的锂-电解质界面，这种改进的 SPE 提供了99%的优异锂电镀/剥离 CE 和 1,800 小时的稳定循环在 Li||Li 对称电池中（0.2 mA cm -2 , 1 mAh cm-2）。这种改进的阴极稳定性以及高阳极稳定性使得 Li||LiFePO4的循环寿命达到创纪录的 2,000 次循环，Li||LiCoO2全电池的循环寿命达到 400 次。使用基线 SN-SPE 电镀的含锂枝晶的 3D 形态和化学性质a、b、低温 HAADF-STEM 图像 ( a ) 和基于 HAADF-STEM 图像的低温断层扫描获得的代表性细丝的3D 重建 ( b )。c ， a中细丝的 3D 横截面分析。d，来自不同区域的几种细丝的 EDS 图。结果表明，O、C、N、S 和 F 分布在整个灯丝的所有位置。e，灯丝的 EELS。在光谱中识别出 C、N 和 O 物种。a , b , 低温 HAADF-STEM 图像和 EDS 图：比例尺，指定区域的 3 μm ( a ) 和 4 μm ( b )。O、C、N、S和F在圆顶表面的富集表明形成了致密且均匀的SEI。c，镶嵌SEI的低温原子分辨率TEM图像，该镶嵌SEI由具有不同晶体取向的密集排列的纳米级域组成。（红色圆圈表示晶畴，红线表示晶格平面的取向。）d，SEI 内的 Li2O 纳米晶体的原子结构。晶面的晶格间距。纳米晶体由线和箭头表示。插图显示了盒装区域的快速傅里叶变换。FEC-SPE 衍生的 SEI 的化学成分和电化学性能溅射时间为 0 分钟和 10 分钟的 FEC-SPE 衍生 SEI 的a – c、 F 1 s ( a )、O 1 s ( b ) 和 C 1 s ( c ) XPS 光谱。LiF、Li 2 O和Li 2 CO 3被确定为SEI组分。d、e、XPS 定量分析源自 FEC-SPE ( d ) 和 SN-SPE ( e ) 的 SEI。FEC-SPE 衍生的 SEI 表现出更高的 F 含量和更高的 S 含量。F, 在 50 °C 下用原始锂金属测试的 FEC-SPE 的临界电流密度。Li||SPE||Li对称电池在升压电流密度下循环，在3.2 mA cm -2之前没有发生短路。充放电时间固定为0.5小时。g，在 PNNL 协议下测试的锂剥离/电镀 CE。h ，在0.1 mA cm -2、0.1 mAh cm -2和室温下循环Li||FEC-SPE||Li电池时的EIS演变。在循环 18 小时后实现了低且恒定的电荷转移电阻。制备的 SPE 在大面积容量条件下的 Li 沉积形态和电化学行为采用不同正极材料、面积容量和 N/P 比的 FEC-SPE 基全电池的室温性能a，Li||FEC-SPE||LFP 电池在 0.5C 下的循环稳定性。LFP 的面积质量负载为2 mg cm -2。b，Li||FEC-SPE||LFP 电池在 0.5C 循环下第 1、500、1000、1500 和 2000 次循环的充放电曲线。c – e，长期循环稳定性 ( c )、充放电曲线 ( d ) 和Li||FEC-SPE||LiCoO 2电池在 22 °C 下的倍率性能 ( e )。LiCoO 2面积负载为~5 mg cm -2。f，具有有限Li阳极（2 mAh cm -2）和LiCoO 2的低N/P比电池性能阴极（~5 mg cm -2）。电池在 22°C 和 0.5C 下循环。g ，具有商业高负载LiFePO4和NMC811阴极的FEC-SPE基固态电池在低N/P比条件下的循环性能。电池在 0.2C 和 22°C 下以 5 mAh cm -2的 Li作为阳极进行循环结论在这项工作中，我们发现了 Li 负极的降解机制。我们发现，由于缺乏稳定的 SEI，Li 负极会由于副反应和体积变化引起的应力腐蚀而降解。通过使用冷冻电镜成像和光谱技术，我们彻底研究了固体聚合物电解质和Li 负极之间的固体-电解质界面的结构和化学性质。以此表征为指导，我们通过增材工程成功开发了一种新型 SPE 来控制 SEI 的形成，并最终证明了新型 FEC-SPE 在全电池中的应用，实现了长循环寿命（ 2,000 次循环）、高电流密度和高面积容量。我们发现，固体聚合物电解质中的 FEC 添加剂可产生主要包含无定形 F 相关物质的富 F SEI，这最终可以在提高 Li 0负极的可逆性方面发挥重要作用。这项工作还为固体聚合物电解质提供了一种设计策略，即通过添加剂工程控制 SEI。论文信息论文题目：Characterization of the structure and chemistry of the solid–electrolyte interface by cryo-EM leads to high-performance solid-state Li-metal batteries通讯作者：Ruoqian Lin，Xiao-Qing Yang ，Kang Xu & Huolin L. Xin通讯单位：美国纽约州厄普顿布鲁克海文国家实验室化学部，美国陆军研究实验室，美国加州大学尔湾分校

复杂环境下的低表面能液滴操控对于混合液相分离、化学微反应废物处理等能源、环境与健康领域的应用发展具有重要指导意义。具有液体靶向运输控制功能的仿生结构表面为微滴操控提供了一种能耗更低、制备工艺更简单的解决策略。目前实现基底表面液滴智能运输主要依赖于材料润湿性梯度和结构的不对称性，且相关研究均集中于水处理。油等低表面能液滴的低接触角滞后和接触线滑移使其相比水运动路径更难控制，尽管具有亲油表面的传统圆锥形结构可以实现微油滴的自运输，但复杂环境下的实用性、大容量自发连续低表面张力微液滴输送系统是亟待解决的行业难题与挑战。如何突破现有微滴操控不对称性结构的功能局限实现微油滴气-液界面跨相传输提取更是鲜有研究。近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与海河实验室曹墨源研究员合作，受鱼刺微油滴操控功能、水稻叶表面各向异性液滴滑动现象启发，利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，nanoArch S140，P150）技术制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）实现水下油滴的逆重力高效运输与收集。在非对称拉普拉斯压力和表面毛细力的协同作用下，所设计的2-BGCS结构具备在水下、空气以及跨气-液两相界面超快、连续传输油滴的功能，运输速度最高可达70.2 mm/s。与传统圆锥形结构相比，倾斜角20°时，2-BGCS结构的输送速度提高9倍。在逆重力传输油滴时，2-BGCS结构能够提升超过22 μL的重油滴，通量提升5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，且具有输运大体积油滴的潜力。仿生槽锥刺集油阵列装置表现出在水环境下连续、自发地收集油滴的性能。该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及污染治理等领域具有广阔的应用前景。评审人对该工作给予高度评价：基于锥形结构和沟槽结构的巧妙结合和功能设计为微流控等领域提供新的仿生策略。该工作以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。西南科技大学机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源研究员。图1 仿生槽锥刺结构的设计与性能对比。受鱼刺和水稻叶启发，利用精密3D打印制备了不同槽个数的仿生锥形结构。梯度槽和锥形结构的结合，使仿生结构具备水下超快逆重力定向传输功能，对比不同槽数的仿生结构以及传统锥形结构，2-BGCS结构的运输效果最佳。图2 不同结构连续输送油滴及理论机制的比较。对仿生槽锥形结构、传统锥形结构以及对称圆柱结构在水下进行连续逆重力输送实验对比，微油滴在不同结构上连续运输的高度对比说明仿生槽锥形结构上的微油滴能够不断连续输送，且不影响下一次循环。基于不同结构对比实验，对油滴沿结构运输的模型进行机理分析。图3 仿生槽锥刺结构在不同环境下油滴运输的应用。基于仿生槽锥形结构水下逆重力油滴运输的优异性能，进一步探讨了在多环境下的油滴运输功能，不仅能够实现微油滴在空气中的超快输送，还可以实现气-液界面跨相油滴传输，集成收集装置能够实现水下油滴的大通量收集。小结综上所述，受鱼刺空中油滴定向输送以及水稻叶各向异性槽的启发，作者借助精密3D打印制备新型仿生功能结构，由锥形结构产生的非对称拉普拉斯压力和凹槽结构产生的表面毛细力的共同作用下，提高了油滴在水下传输能力，极大的改善了传统圆锥结构的功能与性能。同时，利用不对称结构实现油滴跨气-液两相界面的精准高效传输，仿生槽锥刺集油阵列装置实现在水环境下超快、连续收集油滴，为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了新的方法。微纳仿生系统与智能化团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印制造的基础研究与应用研究，以开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统为目标，服务于能源、环境、健康等重点领域。近年来，该团队报道了一系列高水平研究成果，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309 ACS Nano2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719 J. Mater.Chem. A, 2021, 9, 5630 Nano-Micro Lett., 2022,14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139 Chem. Eng. J,2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等40余篇。这些重要成果体现了机械工程学科在科学研究和人才培养方面的新成就。该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的支持。

人类认识真理的过程就像剥洋葱，由表及里一层层递进。 反映到对化学反应过程的认识，一开始，人们通过物质的形、色等外在表象认识化学反应。正如现代化学之父拉瓦锡重复的经典“氧化汞加热”实验一样，氧化汞由红色粉末变为液态的金属汞，这个显著的变化意味着反应的发生。即使到了近现代，仪器分析手段越来越多样，我们做常用的分析手段也是通过物质外在状态的变化进行观察，或者利用各类显微镜及X射线衍射仪观察物质的结构变化。 拉瓦锡之匙拉瓦锡对化学反应中物质的质量、颜色、状态变化的观察，犹如在重重黑暗中，找到了打卡化学之门的那把钥匙。 元素周期表 到19世纪，道尔顿和阿伏加德罗的原子、分子理论确立，门捷列夫编列了元素周期表。原子、分子、元素概念的建立令化学豁然开朗 自从用原子-分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。正是随着对不同元素的各种微粒组合变化的认识发展，化学的大门终于被打开。伴随金属键、共价键、离子键、氢键等各种“键”概念的提出，人们逐渐认识到各种反应的本质是原子或分子等微粒间的力学变化。于是，对反应的观测需要微观下的力学测量工作。 作为专门利用极近距离下极小颗粒间作用力工作的原子力显微镜，此事展现了自身巨大优势。无论是直接测试不同分子间的作用力，还是利用力的测量完成表面形貌的表征，原子力显微镜以高分辨率出色地完成了任务。 对于一些生物样品，例如脂质膜，因为其是由磷脂分子构成的单层或双层结构，极其柔软，因此其表面作用力极其微弱。从测试曲线上可以看出，脂质膜对探针的力只有约1pN，但是原子力显微镜的测试曲线上可以很清晰地捕捉到这个变化。 有趣的是，人们对真理的发掘，是由表及里的。但是利用原子力显微镜对化学反应本质的发现，却是由内而外的。 原子力显微镜基本是被作为一种表面分析工具使用的。这使其只能用来观察反应前后固相表面的结构变化，或者通过固相表面的各种属性，如机械性能、电磁学性能等侧面论证反应的发生。而要真正观察到反应的过程，是要对界面层进行观测的。因为几乎所有的反应，都是发生在两相界面处的，表面只是最终反应结果的呈现。 在界面处，反应发生时，原有的原子/分子间的作用力——也就是各种“键”，因为电子的状态变化（得失或者偏移）无法维持原有的稳定性，从而导致了原子/分子的重新排列，直到形成了新的力学稳定态——也就是新的“键”形成后，反应结束。这个过程的核心就是原子/分子间的“力的变化”。 反应的本质——微粒间力的分分合合 当化学科学的车轮推进到纳米时代，当探索的前锋触摸了两相界面，当理论的深度深入到动力学的研究。原子力显微镜是否能够当此重任呢？ 能。但是需要一番蜕变。 界面处的力梯度有两个特点。一是更为集中，一般在0.3nm-1nm左右的范围内会有2-4个梯度变化；二是更为微弱，现在的原子力显微镜可以有效捕捉皮牛级的力变化，但是在表征界面时依然分辨率不足，需要的分辨率要提高1-2个数量级。 新的需求引导了新的技术蜕变。调频模式的成熟化，几乎完美应对了界面处的力梯度特点。一方面，只有几个埃的振幅可以有效对整个界面区进行表征，另一方面，检测噪音压低到20 fm/√Hz以内，保证了极高的分辨率。 岛津调频型原子力显微镜SPM-8100FM 例如对固液界面的观察。我们都知道，因为在固液界面处，因为液体分子和固体表面分子的距离不同，会形成不同的作用力，如氢键、偶极矩、色散力等。因此形成的液体分子的堆积密度会有不同。这种液体分子的分层模型，是润滑、浸润、表面张力等领域的底层原理。但是长期以来，这些理论只存在于数理模型和宏观现象解释之中，没有一个合适的直观观测工具。 界面观测之牛刀小试 岛津的SPM-8100FM的出现，将固液界面的高效表征变成了现实。上图右侧就是云母和水的界面处，水分子的分层结构，在约0.6nm的范围内，可以清楚看到3个分层。 具体到现实应用中，对表面润滑的研究很适合采用这种分析工具进行定性定量化测试。使用SPM-8100FM对润滑油中氧化铁表面上所形成的磷酸酯吸附膜进行分析。 图示为4组对照实验，分别是仅使用PAO（聚α-烯烃）和添加了不同浓度的C18AP（正磷酸油酸酯）的润滑油。 在未添加C18AP的PAO中，观察到层间距离0.66 nm的层状结构。通过这一层次可以看出，PAO分子在氧化铁膜表面上形成了平行于表面的平坦的覆层。随着C18AP浓度不断增加，从0.2 ppm到2 ppm后，层状结构开始消失，最后在20 ppm和200 ppm时完全观察不到。层状结构消失表明PAO分子定向结构被C18AP取代，在基片上形成了吸附膜。随着C18AP浓度不断增加，氧化铁基片表面逐渐被吸附膜覆盖。 对照使用摆锤式摩擦力测试仪测量获得的钢-润滑油-钢界面的摩擦系数。在添加C18AP浓度到达20 ppm后，PAO的摩擦系数大大降低。和微观界面表征的结果非常吻合。 由此可见，使用SPM-8100FM对润滑油-氧化铁界面实施滑动表面摩擦特性分析评估，可有效加快润滑油开发进度。 技术的发展推动了科学的进步，科学的发展也渴求更多的技术发展。原子力显微镜表征技术由表面向界面的延伸，一定会有力地推动对化学由表象向本质的探索。岛津将一如既往地尽其所能，提供帮助。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

人类活动或自然释放到大气中的有机物经过复杂的氧化后，进一步和大气其他物种(如无机盐)结合并聚集，生成大气颗粒物，如雾霾的重要成分PM2.5。因此，有机物在大气中氧化反应过程的研究对理解大气气溶胶的生成有着重要的意义。　　大气中含量最高的碳氢化合物是甲烷，第二高的碳氢化合物是异戊二烯。由于异戊二烯有两个双键，导致其化学反应十分丰富，吸引了很多的研究目光。然而高中化学常识告诉我们，异戊二烯是一种挥发性极强的碳氢化合物，极性很小，难以想象异戊二烯会吸附在水的表面(即气液界面)并发生反应。【异戊二烯(Isoprene)是一种由5个碳原子和8个氢原子组成的有机化合物，属于烯烃类烃化合物。从分子结构上看，由于其分子中只有C-C和C-H键，而没有C-O或C-N等偏极性较强的键，因此认为异戊二烯分子整体上是非极性的】　　鉴于此，近期南开大学的张新星研究员团队使用独特的气液界面质谱技术FIDI-MS(图1a)，发现了违反常识的实验现象，即异戊二烯不但可以吸附在气液界面上，还可以以极高的速率被氧化成上百种产物(图1b)，开辟了气液界面这一异戊二烯氧化化学的新赛道。理论计算表明，异戊二烯在气液界面上的吸附能力主要来自于其双键和水中质子的相互作用(图1c) 而极高的氧化反应速率主要是由于气液界面提供了一个部分溶剂化的化学环境，从而降低了化学反应的势垒。该工作发表在近期的Journal of the American Chemical Society 杂志上。　　图1.(a)独特的FIDI-MS技术。(b)异戊二烯在气液界面被氧化成上百种氧化产物。(c)异戊二烯吸附在气液界面的理论计算。　　南开大学研究生张冬梅、汪杰为本文的并列第一作者。南开大学张新星研究员为本文实验部分通讯作者。宾夕法尼亚大学J. S. Francisco教授为本文理论部分通讯作者。　　原文（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00300）Fast hydroxyl radical generation at the air-water interface of aerosols mediated by water-soluble PM2.5 under UVA radiation Dongmei Zhang (张冬梅) +, Jie Wang (汪杰) +, Huan Chen (陈欢), Chu Gong (宫矗), Dong Xing (邢栋), Ziao Liu, Ivan Gladich, Joseph S. Francisco*, and Xinxing Zhang (张新星)*J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00300

研究背景日化中的很多现象都跟表界面的作用有关系，比如化妆品中的乳化、分散、增溶、发泡和清洁等等。KRÜ SS作为表面科学仪器的全球领导品牌，此次从以下几个方面为大家介绍日用化学品中的表面科学表征方法：典型应用1.清洁类产品的泡沫行为分析在日常使用洗面奶，洗发水时，我们通过揉搓等各种方式将洗面奶和空气充分接触而产生泡沫。在揉搓出丰富泡沫的过程中，很容易产生幸福感和仪式感，一整天的油腻都被洗掉了。KRÜ SS DFA100动态泡沫分析可以对泡沫的起泡性，泡沫稳定性和泡沫结构进行科学的表征。选择了市售的几个洗面奶进行了测试，通过DFA100的搅拌模块，可以非常清晰的筛选出起泡性较好和泡沫丰富的产品。如上图所示，横坐标是时间，纵坐标是泡沫高度，从图上可以清晰地看到有的产品起泡性速度很快，且短时间内起泡高度就可以达到最大。一般来讲，样品起泡性越强，产生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的样品，其泡沫高度也相对较低。从泡沫高度上的衰减也能分析泡沫稳定性，泡沫高度降低越快，泡沫越不稳定。由于此次样品测试时间较短，泡沫比较稳定，没有观察到泡沫高度的衰减，故而不做泡沫稳定性的对比。挑了其中2个样品，对比泡沫的结构和尺寸大小，从而分析泡沫的细腻程度。从图中可以看到，2号样品刚开始产生泡沫后，就比较细腻，泡沫尺寸比较小。随着时间的变化，泡沫大小一直比较稳定，不发生特别大的增加。而1号样品产生了较大的泡沫，随时间延长， 泡泡大小急剧增加。2.通过接触角表征彩妆类产品的防水抗汗性能消费者使用底妆的痛点主要有卡粉、脱妆和浮粉，而通过水，人工汗液和人工皮脂在彩妆上的接触角，可以评估抗汗和抗皮脂性能。接触角是气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ。通过接触角的大小，可以判断固体和液体的润湿性能。如果粉底液和汗液，皮脂，水等的接触角越大，说明产品的防水抗汗性能越好。 选择市售的几款口红，通过接触角评价产品的防水，抗汗性能。将口红涂抹在手臂内侧，干燥后测试接触角。通过接触角可以明显区别不同产品的防水，抗汗，抗皮脂的差异，1号样品性能更加优越，防水抗汗都优于其他产品。彩妆中除了口红，也可以通过接触角分析底妆产品中原料和基底的润湿性。大多数化妆品都含有粉末和颜料，以着色、保护皮肤或协助清洁。以表面活性剂形式存在的分散剂确保粉末的精细分布和混合物的稳定。粉末和液体的接触角可以帮助判断润湿和分散行为。3.护肤品的乳化行为分析：常见的护肤类化妆品是水包油或者油包水的乳液或者膏霜。水油原本不相容，通过添加表面活性剂，可以吸附于液液界面，降低体系的热力学不稳定性。表面张力仪可以精准的分析油水两相的界面张力，判断乳化效果；表面张力仪还可以测试表面活性剂的临界胶束浓度，判断表面活性剂的添加量。分析表面活性剂的动态表面张力行为，监控喷雾雾化效果等；除此之外，KRUSS的各类产品还可以分析头发的接触角。正常头发具有疏水性，受损后头发油脂层被破坏或部分缺损，接触角变小其亲水性越强。该方法广泛用于头发受损及修复后的情况。 KRÜ SS的表界面分析仪器可以帮助您从原料到成品，从生产到研发，多维度解决您的难题！

表面和界面的性质在材料制备、性能及应用等方面都起着重要作用，是材料科学领域研究的重要课题。2023年12月18-21日，由仪器信息网主办的第五届材料表征与分析检测技术网络会议将于线上召开，会议聚焦成分分析、微区结构与形貌分析、表面和界面分析、物相及热性能分析等内容，设置六个专场，旨在帮助广大科研工作者了解前沿表征与分析检测技术，解决材料表征与分析检测难题，开展表征与检测相关工作。其中，在表面和界面分析专场，北京师范大学教授级高工吴正龙、国家纳米科学中心研究员陈岚、暨南大学 实验中心主任/教授谢伟广、上海交通大学分析测试中心中级工程师张南南、岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师吴金齐等多位嘉宾将为大家带来精彩报告。部分报告内容预告如下（按报告时间排序）：北京师范大学教授级高工 吴正龙《X射线光电子能谱（XPS）定量分析》点击报名听会吴正龙，在北京师范大学分析测试中心长期从事电子能谱、荧光和拉曼光谱分析测试、教学及实验室管理工作。熟悉表面分析和光谱分析技术，积累了丰富实验测试经验。主要从事薄膜材料、稀土发光材料研究及石墨烯材料表征技术、表面增强拉曼光谱技术的研究，在国内外期刊发标多篇学术论文。现任全国表面化学析技术委员会副主任委员，主持和参与多项电子能谱分析方法标准。近年来，在多场国内电子能谱应用技术交流培训会上担任主讲人。报告摘要：X射线光电子能谱（XPS）作为最常用的表面分析技术，表面探测灵敏度高，可以检测表面化学态物种的表面平均含量、表面偏析；分析薄膜组成结构；评估表面覆盖、表面分散、表面损伤、表面吸附污染等。本报告在简要介绍XPS表面定量分析原理基础上，通过实际工作中的一些实例，探讨XPS定量结果解释，帮助大家正确理解XPS定量分析结果，更好地利用XPS技术分析表面。岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师 吴金齐《岛津XPS技术在材料表面分析中的应用》点击报名听会吴金齐，岛津分析中心应用工程师，博士毕业于中山大学物理化学专业，博士毕业后加入岛津公司，主要负责XPS的应用开发、技术支持、合作研究等工作，使用XPS技术开展不同行业材料表征相关研究，具有多年XPS仪器使用经验，熟悉XPS数据处理及解析，合作发表多篇SCI论文。报告摘要：介绍相关表面分析技术及XPS在材料表面分析中的应用。国家纳米科学中心研究员 陈岚《纳米气泡气液界面的检测》点击报名听会陈岚，爱尔兰国立科克大学理学博士，剑桥大学居里学者，2014年至今，先后任国家纳米科学中心副研究员、研究员及博士研究生（合作）导师；主要从事纳米界面微观检测及纳米界面光电化学性能调控方面的研究；ISO/TC281注册专家，全国微细气泡技术标准化技术委员会（SAC/TC584）委员，中国颗粒学会微纳气泡、气溶胶专委会委员，Frontiers in Materials及Catalysts客座编辑，科技部在库专家，北京市科委项目评审专家；主持科技部发展中国家杰出青年科学家来华工作计划1项，参与国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、“纳米前沿”重点专项各1项；共发表论文近60篇，授权专利9项，编制国家标准10部。报告摘要：体相纳米气泡具有超常的稳定性及超高的内压，高内压的纳米气泡在溶液中稳定存在的机制一直众说纷纭。因此，研究纳米气泡边界层对于解释纳米气泡的稳定性具有重要的意义。由于纳米气泡气液界面的特点，检测体相纳米气泡边界层十分困难，常规的方法和技术手段很难实现。在本工作中，首次采用低场核磁共振技术（LF-NMR）对体相纳米气泡边界层中水分子的弛豫规律进行了系统研究，提出了纳米气泡边界层测量的数学模型，并成功地测得了不同尺寸纳米气泡的边界层厚度。研究发现，纳米气泡粒径越小，边界层所占比例越高，因而也越可以对更高内压的气核进行有效保护，纳米气泡的稳定性也可以据此进行定量解释。暨南大学 实验中心主任/教授谢伟广《范德华异质结光电探测及光电存储器件》点击报名听会谢伟广，暨南大学物理与光电工程学院教授，博导。2007年博士毕业于中山大学凝聚态物理专业，导师为许宁生院士；研究方向是微纳尺度多场耦合行为及应用，半导体光电转换过程、器件及集成；在Advanced Materials, ACS Nano等期刊发表SCI论文80多篇，代表性成果包括：实现了多种二维半导体氧化物的CVD制备，首次发现了极性二维氧化物长波红外低损耗双曲声子极化激元现象；发展了钙钛矿薄膜的真空气相制备方法，实现了高效气相太阳能电池及光电探测阵列的制备。研究团队发展的多项方法已被国内外同行广泛采纳，并在Nature、Sciecne等著名期刊正面评价。主持国家基金面上项目、重点项目子课题、广东省自然科学基金杰出青年基金项目等多项项目；于2022年（排名第一）获得中国分析测试协会科学技术（CAIA）奖一等奖。报告摘要：二维钙钛矿（2DPVK）具有独特的晶体结构和突出的光电特性，设计2DPVK与其他二维材料的范德华异质结，可以实现具有优异性能的各类光电器件。本报告主要介绍下面两种异质结器件：（1）光电探测器：制备了2DPVK/MoS2范德华异质结器件，由于II型能带排列中层间电荷转移所诱导的亚带隙光吸收，器件在近红外区域表现出了单一材料均不具备的光电响应。在此基础上引入石墨烯（Gr）夹层，借助Gr的有效宽光谱吸收和异质结中光生载流子的快速分离和输运，2DPVK/Gr/MoS2器件的近红外探测性能进一步得到了大幅提升。（2）光电存储器：开发了基于MoS2/h-BN/2DPVK浮栅型光电存储器，其中2DVPK由于其高光吸收系数，能同时作为光电活性层与电荷存储层，器件展现了独特的光诱导多位存储效应以及可调谐的正/负光电导模式。上海交通大学分析测试中心中级工程师 张南南《紫外光电子能谱（UPS）样品制备、数据处理及应用分享》点击报名听会张南南，博士，2019年毕业于吉林大学无机化学系，同年入职上海交通大学分析测试中心，研究方向为材料的表界面研究，主要负责表面化学分析方向的X射线光电子能谱仪（XPS）及飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）方面的测试工作。获得上海交通大学决策咨询课题资助，授权一项发明专利，并在 J. Colloid Interf. Sci.， Catal. Commun.等期刊发表了相关学术论文。报告摘要：紫外光电子能谱(UPS)，能够在高能量分辨率水平上探测价层电子能级的亚结构和分子振动能级的精细结构，广泛应用在表/界面的电子结构表征方面。本报告主要介绍UPS原理、样品制备、数据处理以及在钙钛矿太阳能电池、有机半导体、催化材料等领域的应用。参会指南1、进入第五届材料表征与分析检测技术网络会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icmc2023/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、会议召开前统一报名审核，审核通过后将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。3、本次会议不收取任何注册或报名费用。4、会议联系人：高老师（电话：010-51654077-8285 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）5、赞助联系人：周老师（电话：010-51654077-8120 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

pspan style="font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei "　　由于化学电源的电化学性能与电极/电解质的界面过程密切相关，涉及电荷转移、离子输运、相的生成和转化等步骤，在纳米尺度上深入理解界面过程对于器件设计和材料优化具有重要意义。然而能源体系的运行环境非常复杂，涉及无水无氧环境、有机/离子液体电解质体系、多相界面、多电子反应过程等，因此，针对性发展复杂体系下电化学界面高分辨原位成像方法，从而实现电化学反应过程的实时追踪和原位分析，也是电分析化学的挑战和难点之一。br//span/ppbr/span style="font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei "　　中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室文锐课题组致力于锂电池界面电化学过程的原位研究并取得系列进展。在前期工作中，他们利用氩气环境下的原位原子力显微镜(AFM)，在以[BMP]sup+/sup[FSI]sup-/sup为代表的离子液体中，捕获纳米尺度上锂离子电池中高定向热解石墨(HOPG)表面固态电解质界面膜(SEI)的初始成核、逐步生长及成膜的系列演化过程，并揭示了不同离子液体中SEI膜的界面性质及与电池性能相关性。相关成果发表在 ACS Applied Materials & Interfaces 上。br/br/　　进一步，研究人员开展了具有高理论能量密度(2600 Wh/kg)锂硫电池中界面电化学反应的系列研究。利用电化学 AFM 及谱学分析表征，实现了在锂硫充放电过程中还原产物硫化锂和过硫化锂在界面形貌演变及生长/溶解过程的原位监测(图1)，并提出过硫化锂在循环过程中不可逆反应产生的界面聚集是导致电极钝化及电池性能衰减的原因之一。恒电流控制下的原位成像研究表明，电流密度大小影响界面形貌及沉积物种类，直观揭示了结构-性能关联性。相关成果发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。br/br/　　近日，科研人员利用电化学 AFM 进一步探究了在高温条件下锂硫电池在LiFSI基电解液中的界面行为与反应机制(图2)。研究发现，在高温60℃时，阴极/电解质界面在放电过程中会原位形成一层由LiF纳米颗粒构成的功能性界面膜，并通过物理尺寸效应及化学吸附作用捕获电解液中的长链多硫化锂。此过程有利于抑制多硫化物穿梭效应及副反应的发生，并增强界面电化学反应的可逆性。该研究通过原位表征与分析为高温电化学行为在纳米尺度提供了直接的界面机理解释，也为锂硫电池的电解液设计及性能提升提供了思路和指导。相关成果发表在 Angewandte Chemie International Edition 上。br/br/　　研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院的支持。/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/0a9eee39-49a2-4c61-9964-34c61b6891a0.jpg" title="1.jpg"//ppspan style="font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei "strong图1.原位AFM电化学池示意图(左)及放电中锂硫界面反应过程的原位AFM图像(右)/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f9c7499b-e1eb-4d46-8f9d-0cdc07b1cc1b.jpg" title="2.jpg" style="width: 500px height: 252px " width="500" vspace="0" hspace="0" height="252" border="0"//ppspan style="font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei "strong图2.高温60℃下锂硫电池中阴极/电解质界面过程示意图/strong/span/p

Interfacial Structures and Properties of 2D Materials with Atomic Force Microscopy（4）- Intercalated Structures讲座内容简介： 近年来，由于其潜在的巨大应用价值，关于二维层状材料的基础和应用研究方兴未艾，核心工作是理解和控制其多种多样的有趣性质。之前的研究工作主要集中在二维材料的面内结构，多种多样的层间相互作用在调控其力学、电学、热学以及光学等性质方面也有重要作用。虽然已有许多实验和理论研究工作来表征和理解这些界面结构，但对于界面行为是如何影响其物理与化学行为的仍然不是特别清楚。一个重要原因是，内部界面结构的直接微观成像和性质研究在实验技术上是相对比较困难的。石墨烯内部界面水分子插层的高分辨成像研究 在之前，报告人已经针对的AFM的基础知识、基本模式以及功能化AFM探测模式进行了介绍。本系列报告，将基于我们在原子力显微术的技术研究工作，利用多种先进原子力显微术针对二维材料的本征界面、异质界面以及材料/基底界面开展的研究工作。在每次报告中，我们首先将在较为详细地介绍主要使用的先进AFM模式的基本原理、技术实现及其相关应用。在此基础上，介绍我们利用该AFM模式所开展的关于二维材料界面结构与性质方面的研究工作。希望通过本系列报告有助于相关AFM使用者能够利用比较复杂的AFM功能模式开展研究工作。 本次报告是《二维材料界面结构与性质的原子力探针显微学研究》系列的第四次报告。在本次报告中，将介绍我们通过发展和利用多频原子力显微术，针对二维材料体系的内部界面插层结构等的高分辨成像表征和力学性质探测开展的一些工作。 #主讲人介绍 程志海，中国人民大学物理学系教授，博士生导师，基金委优青，中国仪器仪表学会显微仪器分会理事，中国硅酸盐学会微纳米分会理事。2007年，在中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室获凝聚态物理博士学位。2011年8月-2017年8月，国家纳米科学中心(中科院纳米标准与检测重点实验室)，任副研究员/研究员。曾获中国科学院“引进杰出技术人才计划”（技术百人计划）和首届“卓越青年科学家”，卢嘉锡青年人才奖获得者，青年创新促进会会员并获首届“学科交叉与创新奖”等。目前，主要工作集中在先进原子力探针显微分析技术方法及其在低维材料与表界面物理等领域的应用基础研究。网络讲座时间：北京时间 2021年11月29日 上午10：00-上午11:00申请方法：请关注“Park原子力显微镜”公众号查看首页内容，即可参与。

Kruss表界面科学应用技术高级研讨班 邀 请 函 尊敬的 女士/先生，您好： 兹真诚邀请您参加瑞士华嘉公司于2011年4月12日至13日在北京中科院过程工程研究所的过程大厦，举办为期两天的&ldquo Kruss表界面科学应用技术高级研讨班&rdquo 。此次交流会邀请德国Kruss公司的资深专家Dr. Udo Ohlerich和Dr. Tobias Winkler，对新的表界面相关研究技术进行介绍，现场演示多种类型表界面仪器的操作，并对特殊功能和应用进行高级技能培训。本次交流会致力成为一个互动的平台，特邀请相关领域的专家和研究人员届时参加，通过此次培训，进一步开发仪器的功能，提升仪器使用者的能力，让表界面仪器在相关行业的科研工作中发挥更大的作用。 谢谢！ 华嘉（香港）有限公司 2011年3月24日 备注： 1 费用：单人收费1200元，包括资料费和餐费，住宿统一安排但费用自理。 2 请您准备简单的自我介绍，包括您的应用。也欢迎您带来需要解决的问题。附件1: 日程安排（届时可能略有调整） 四月十二日 09:00 大昌华嘉介绍09:30 表面化学研究技术&mdash 课题待定 10:00 表面化学常用的研究技术介绍 Dr. Udo Ohlerich12:00 午餐 13:30 表界面常用的应用 I （详见附件1） Dr. Tobias Winkler15:30 各位客户依次介绍自己的工作领域，相互交流16:30 分组仪器功能培训和应用展示 （详见附件2） 17: 30 会议结束 四月十三日 09:00 表界面常用的应用 II （详见附件1） Dr. Tobias Winkler10:30 泡沫与界面流变性能介绍 Dr. Tobias Winkler12:00 会议介绍，午餐 13:30 分组仪器功能培训和应用展示 （ K100,DSA100,Pocketdyne,Mobiledrop, DFA100,）（详见附件2）15:00 问题小结和讨论17:00 会议结束。 附件2: 主要应用类型 - Everything related to adhesion, including coatings on various material like metal, wood, plastic, glass .... - Fuel cells. This should be a very interesting application all over the world and we received several inquiries from customers for this application. - Biocompatibility including surface treatment - Enhanced Oil Recovery - Antifouling coatings 附件3：培训内容：（届时可能会有适当调整） K100 : 铂金环板的测量特点和配件保养、界面张力测定技巧、单纤维和粉末样品测量技巧、固体粉末测量及技巧、CMC自动测量展示、药物单分子表面积测量和应用等 DSA100：动态接触角测量技巧和应用、固体表面能分析和粘附功评价的应用、悬滴法表面张力测量、补泡法测量无纺布样品、温湿度对接触角测量影响 Pocketdyn：软件控制的动态表面张力连续测量 DFA100：动态泡沫分析技术介绍 TVA100：利用顶视法测量凹型样品光学接触角 附件4：详细地址 北京市海淀区中关村北二条 中国科学院过程工程研究所 新楼过程大厦三层会议室 邮编：100190 （城府路文津国际酒店对面） 附： 回执单 姓名 性别 人数 单位名称 详细地址 邮政编码 电话 传真 E-mail 1.您希望通过本次交流会，能够解决您的什么问题？ 2.您使用过哪款Kruss的仪器，使用情况如何？ 3.对本次交流会大致的日程安排您有什么意见？ 备注：请尽快E-mail 或传真（010-65610278）确认

首先，在石油化工行业中，界面张力测定仪发挥着至关重要的作用。石油化工企业需要了解油水界面的张力，以此来判断油藏的开采难度和原油的采收率。界面张力测定仪能够快速准确地测量油水界面的张力，为石油化工企业提供重要的数据支持。其次，在医药行业中，界面张力测定仪也有着广泛的应用。医药企业需要研究药物对生物体的作用机制，其中药物的溶解性和渗透性是关键因素。界面张力测定仪可以用来研究药物溶液的表面张力，从而帮助医药企业了解药物的渗透性和生物利用度，为新药的研发提供重要的技术支持。此外，在环保行业中，界面张力测定仪也扮演着重要的角色。环保企业需要监测水体的污染情况，包括油污和有机污水的处理。界面张力测定仪可以用来监测水体的表面张力，帮助环保企业了解水体的污染程度和扩散趋势，为污染治理提供重要的参考依据。最后，在食品行业中，界面张力测定仪也有着不可忽视的作用。食品企业需要了解食品的表面张力和润湿性等性质，以此来判断食品的质量和口感。界面张力测定仪可以用来快速准确地测量食品的表面张力，为食品企业提供重要的质量检测手段。综上所述，界面张力测定仪在各个行业中都有着广泛的应用价值。通过了解界面张力测定仪的应用，我们可以更好地认识到其在各个行业中的重要作用，并为未来的科技创新和发展提供重要的参考依据。

中国科学技术大学教授罗毅研究团队的副教授叶树集小组在界面蛋白质分子结构表征方面获新进展。该小组在国际上首次成功测出界面蛋白质的酰胺III谱带信号，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋结构和无规卷曲结构这一界面表征难题，研究成果发表于国际期刊J. Am. Chem. Soc. 2014, 136(4), 1206-1209上。　　如何精确表征蛋白质，特别是界面蛋白质的分子结构是理解蛋白质结构演变的关键，是国内外学者共同面临的一个非常重要的难题。针对该难题，该小组发展了界面光谱多谱带协同表征方法，首次利用和频光谱技术成功测出了常规手段无法测量的界面蛋白质酰胺III信号。虽然a-螺旋与无规卷曲结构的酰胺I谱带振动峰都位于1650 cm-1左右，但在酰胺III谱带区域，它们的振动峰分别位于1260 cm-1以上和1260 cm-1以下，研究发现两种结构所对应的酰胺III谱带特征峰面积比与蛋白质中无规卷曲结构含量成线性关系。将酰胺I和酰胺III信号结合起来，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋与无规卷曲结构这一界面蛋白质多年的难题。审稿人给予了该工作极高的评价，其中一审稿人认为该工作解决了一个蛋白质表征上的缺口，提供了新的光谱窗口 另一审稿人说该工作是一个重要突破。　　此外，在手性分子理论以及非线性光谱理论的启发下，该研究组成功发展了免标记的手性与非手性界面光谱表征技术，原位、实时地表征了胆固醇分子在生物膜上的组装与运输行为：胆固醇分子以10° 左右的倾斜取向角度插入中性生物膜中，并停留在生物膜磷脂双层膜的外层，在纯水环境下没有发生翻转行为(flip-flop)，胆固醇浓度较低和较高时分别以不同方式组装。该成果发表于J. Phys. Chem. Lett.。该技术将为胆固醇在真实细胞环境下的组装与动力学行为研究提供分子水平上的表征技术与研究思想指导。　　叶树集研究小组作为国际上利用非线性和频光谱技术研究界面蛋白质分子结构与动力学仅有的几个小组之一，发展了具有特色的表面与界面生物分子结构表征手段，并围绕生物界面相关物理化学问题及其新表征方法的发展开展系统研究，在JACS、Langmuir、J.Phys.Chem.C、Analyst等国际期刊上发表多篇系统性文章，研究成果被JACS、PNAS、Ann.Rev.Anal.Chem.和Chem.Rev.等介绍与引用，获得国内外同行的高度认可。由于该小组系统而有特色的研究工作，2013年Elsevier出版社邀请该小组为丛书Advances in Protein Chemistry and Structural Biology撰写综述论文，成为该丛书1944年创刊以来，第五篇以国内为第一作者单位署名发表的文章。　　上述研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中央高校创新团队等资金资助。

由中国化学主办, 中国化学会胶体与界面化学专业委员会与江南大学共同承办的“ 中国化学会第十七届全国胶体与界面化学学术会议”拟定于2019年7月28日-8月1日在素有“太湖明珠”之称的江苏省无锡市召开。本次会议围绕（1）胶体与界面的基础问题；（2）两亲分子聚集体；（3）微纳材料；（4）软物质；（5）两亲分子与大分子的相互作用；（6）表面活性剂及其日用化学品工业应用；（7）食品和生物胶体 （8）应用胶体与界面化学 （9） 新理论、现象和实验技术；(10) 工业领域的胶体与界面化学等多个研究领域开展交流讨论.本次会议将邀请国内外学术和企业界知名专家和学者参加, 共同展示胶体与界面化学领域的最新进展和研究成果, 开展学术交流，为国内相关领域的科研技术人员提供一个良好的交流平台.会议主题近两年来胶体与界面化学领域的研究进展会议时间2019年7月29日-8月1日活动地点无锡君来湖滨饭店Biolin光学接触角测量仪Biolin光学接触角测量仪Attension Theta Flex，将进一步增强百欧林品牌在光学接触角仪器市场上的占有率和地位。有了这款产品，并搭配百欧林全新推出的网上支持系统Support Portal，能够提供更加优质的用户体验。1一台接触角测量仪，满足所有测试需求2一流的用户界面3优越的分析精度4实时分析5实时分析6为每个需求提供灵活性7便捷的数据处理和导出8优化工业使用Biolin全自动表面张力仪力学表面张力仪可测量表面张力、界面张力、临界胶束浓度、动态接触角、固体表面自由能、粉体润湿性、悬浊液沉降速度和液体密度等。可用于科研、研发和质量控制领域。力学表面张力仪可精确测量一系列的材料性质，表界面张力和接触角可以为气液固三相间的相互作用提供非常有价值的信息。而这一相互作用在如下研究中起到重要作用：润湿性、吸附性、配方科学、表面活性剂研发、粘附性。PMX颗粒电位滴定及粒度分析仪通过使用stabino，可实现快速便捷的颗粒的电位滴定测试。分散体中，同性带电离子的静电排斥作用是分散体避免凝聚保持稳定的主要原因，故带电粒子界面的表征是必不可少的。当颗粒离子化后，总电荷和电荷密度是需要知道的重要参数。电荷测量是通过建立动电信号来完成的。

岛津原子力显微镜铅酸电池 以铅酸电池和锂离子电池为代表的二次电池，为了提高充放电特性、耐久性等性能，一般会向电解液中添加添加剂。到目前为止，已有种类繁多而且性能优异的添加剂被广泛使用到各类二次电池中。然而，迄今为止，这些添加剂如何提高电池性能的原理仍不甚明了。观察电解质中负极附近的界面状态对于阐明添加剂的贡献很重要。 铅酸电池是一种具有多种优点的二次电池，包括出色的安全性、宽工作温度范围和大电流放电。由于这些原因，它们被广泛应用于不间断电源（UPS）设备、公共设施应急电源设备以及汽车发动机启停系统的启动电池，成为社会基础设施不可或缺的一部分。然而，铅酸电池在使用过程中会发生负极的硫酸盐化，并因此导致电池性能劣化。在电解液中增加添加剂可以缓解这一问题。磺化木质素是一种具有代表性的添加剂。然而，但木质素如何促进电化学反应和硫酸化的缓解直到现在仍未阐明。 SPM-8100FM使用调频(FM)方法可以检测到比传统原子力显微镜(AFM)更小的力。因此使用SPM-8100FM高分辨率原子力显微镜和电化学溶液电池，观察稀硫酸环境下铅的固液界面状态，有助于理解添加剂的作用原理。 以上两张图显示了在初始还原反应后对垂直于铅表面的截面进行成像得到的负极(铅)固液界面处的图像。图像的上半部分是电解液，图像下半部分变暗的位置是铅表面。探针检测到力（排斥力）的部分看起来很亮。 在左图仅有稀硫酸的情况下，在铅表面上方没有观察到明显的特异变化。但在右图中，使用“稀硫酸+木质素”的情况下，可以在铅表面上方看到明显的不同亮度分层，如图中红色箭头所示区域。判断该层为木质素-铅络合物，该层的存在有助于铅表面硫酸化程度降低，从而有效抑制了硫酸铅的结晶形成。木质素-铅层的与铅表面、液体部分的不同亮度对比表明探针已经深入到该层中，同时也表明木质素-铅层以柔软的状态吸附在铅表面。这是使用原子力显微镜第一次在铅表面上看到厚度为50nm至100nm的木质素-铅层。 该实验证明了用高分辨原子力显微镜对电化学表面进行观察的可能性，有助于获得更多的电催化过程中界面处的信息，从而提高我们对反应过程的理解。因此可以期待利用SPM-8100FM进行电解质的界面成像来分析其他类型的二次电池充放电过程固液界面处的状态变化。请点击查看视频：https://mp.weixin.qq.com/s/G-1nBKLAxmwPW3FUHYbouASPM-8100FM 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

上图是瑞士摄影师马丁-奥格里利 ( Martin Oeggerli ) 通过扫描电子显微镜SEM拍摄的花粉照片，是不是很炫酷？但并非所有样品通过SEM，都能得到上图中直观惊艳的照片，更多样品需要经过预处理后方可充分展示。GDS就是对样品进行预处理，将观测的界面更好展示出来的利器。通过氩气等离子体持续轰击样品表面、溅射出样品离子后再进行分析的方法，GDS可以轻松替SEM剥蚀样品，供SEM进行观测。那与其他可用的剥蚀方法相比，GDS在样品制备与表征上有哪些优势呢？让我们一起来看看。GDS通过控制溅射时间，能精确地获得不同深度和清晰度的界面，将任意深度的包埋层完美地展现出来，供SEM分析。上图是铜表面的元素深度剖析图。铜的表面覆盖一层硫脲，硫脲分子通过硫端吸附到铜表面，C-S键垂直于金属表面。这个吸附层在深度剖面上以窄峰的形式清晰地显示在铜基体上方，包括碳、氢、氮和硫。从右图我们还可以看到，峰的位置按照吸附在铜基体上的硫脲分子的方向顺序被分离和定位。在扫描电镜中，必须精确控制溅射深度，GDS这种在原子尺度深度的分辨率，使这种精细的分析得以实现。GDS使用的是能力很低（低于50eV）但电流密度很高（~100mA cm-2）的氩气等离子体。氩离子的高电流密度能确保高速溅射，溅射速率每分钟达到1-10μm，整个样品的处理时间短，包括溅射在内往往几秒至几分钟就能搞定，相比于以往费时费力的机械抛光、化学抛光、电化学抛光、超薄切片等制备方法，不知道快了多少倍。比如为了获得高质量的表面，通常会用胶态二氧化硅悬浮液对样品进行抛光，来去除受损的表面区域。但是这种方法的抛光率非常低（仅为每分钟几纳米），因此对于延伸几百纳米的区域来说，需要数小时甚至一天的时间。而通过GDS溅射，可以在几十秒内去除大多数材料的受损表面区域。另外，GDS还有一个特点就是它是靠氩离子去撞击样品，通过溅射方法移除样品表面的材料，是对样品粒子一层层的剥蚀。此外，由于差动溅射效应，GDS能够在不同材料的分界处产生清晰的界面，这对于观测样品的表面形貌非常重要。而传统的机械抛光，靠的是细小的抛光粉的磨削、滚压，在对样品表面磨削的过程中势必会将凸起的花纹也一并磨掉，只留下光秃秃的平滑面。Show一个简单的比较图，让大家更直观的感受一下：（a）是机械抛光获得的结果，（b）是GDS剥蚀3S后获得的结果（a）图中是机械抛光获得的结果，我们看到样品表面的纹理被磨掉了；（b）图是GDS剥蚀处理后的结果，样品表面的花纹和结构保存的很好，我们可以看到表面的精细结构。我们再来看一个例子：通过超薄切片处理过的镀锌钢的横截面（a）图是通过超薄切片技术制备的整个镀锌钢样品的SEM图像；（b）图是通过超薄切片技术制备的镀锌钢样品中，锌/钢界面的SEM图，可以看到表面有严重的刮痕；（c）图是对（b）进行GDS溅射10秒后，锌/钢界面的SEM图片，可以看到而GDS制备的样品消除了刮痕，完美保留了样品的形貌。GDS除了可以为扫描电镜制备样品外，还可以联合SEM全面表征样品。下面是同一个样品：AlCrN/TiN/AlCrN/TiN/Fe使用SEM和GDS分别测试的结果。SEM提供了样品横截面的结构：根据颜色的深浅，可以了解到样品包含4个镀层，图中详细标注了不同镀层的厚度；GDS则展示了样品中各元素从表面到铁基体，不同深度处的含量分布。两个结果有交叠的信息也有截然不同的信息，更加全面立体地展示了样品的结构信息和含量分布。往期回顾【GDS微课堂-1】随Dr.JY掀起GDS神秘面纱【GDS微课堂-2】七问七答，掌握GDS常用概念【GDS微课堂-3】GDS解密：如何打造钢铁侠的战衣盔甲?【GDS微课堂-4】锂电池研发的“秘密武器”【GDS微课堂-5】“钢铁侠”背后的清洁能源之梦【GDS微课堂-6】看GDS如何助力“灯厂”奥迪独领风骚？ HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，旗下的JobinYvon更有着200年的光学、光谱经验，HORIBA非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 HORIBA希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

当“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会冒出“痘痘”?　　这一谜团已存在超过50年。　　西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心的科研人员破解了这一难题。此项成果6月29日在线发表在世界著名期刊《自然-材料》上(原文链接http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4336.html)。　　人们知道，生活中常见的铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，乃至材料失效。这一现象，被称为“氢鼓泡”。　　西安交大科研人员发现，原来，对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随着坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，并向外鼓出形成气泡。而气泡密度足够大时，氧化膜保护层便会脱落，最终导致材料失效。　　这种氢致界面失效是在石化、海洋、核、航空航天及半导体等工业里常见的金属材料失效原因之一。尽管此前不同国度的研究人员进行了大量的研究，但对其原子尺度的机理一直不甚明了。传统的表面鼓泡理论只能解释气泡的生长，对于气泡的形核则缺乏理论及实验证据。西安交大微纳中心的这一研究发现填补了氢致界面失效现象起源的实验和理论空白，有助于人们找到防止氢致界面失效的方法，提高材料在含氢环境中的服役寿命。　　“举一个激动人心的例子：太阳帆，”微纳中心博士生解德刚介绍说，宇宙中氢的质量分数在70%以上，人类造的任何飞行器在太空航行时都必须考虑氢对材料性能的影响。太阳帆的原理就是利用大面积镜面般光滑的薄膜反射太阳光以获得动力航行。目前最有可能的薄膜材料就是铝箔，科学家已经意识到太空环境中铝箔表面易发生鼓泡的现象，而太阳帆表面一旦发生鼓泡，其反射能力就会大打折扣，影响飞行器的动力性能。“希望我们的发现对于太阳帆的防氢设计有着积极的指导意义”，解德刚对此十分期待。　　“这项发现对很多与氢有关的未解之谜都有着重要的启示，”微纳中心主任单智伟教授告诉记者，“比如半导体芯片中的导线基底界面劣化、电厂的汽轮机叶片的氧化皮脱落、核电站中有大量的质子辐射环境以及高温水汽环境等等。”　　此项研究中，微纳中心的科研人员一改以往楔形的样品设计，采用微纳尺度的金属铝圆柱体，通过环境透射电子显微镜观察氢气氛围下金属和氧化界面的动态演化过程，以令人信服的证据无可争辩地证明了氢致表面氧化物鼓泡的晶向依赖性。　　据了解，绝大多数金属制品在实际使用时表面都会有一层保护膜，有的是自然形成，有的是人为添加。这层保护膜通常起着防氧化、防腐蚀、耐磨损等作用。一旦被破坏，材料的氧化、腐蚀、磨损就会加速，发生到一定程度就会使材料彻底失效。单智伟教授指出，降低表面防护层的粗糙度，选择合适的金属基底取向，对界面进行有目的改性等可有效减缓甚至防止氢致界面失效的发生。接下来，研究小组将继续聚焦氢致材料失效机理研究，致力于进一步推动人们对氢影响的认知，以减少和避免由氢脆等材料失效所造成的巨额经济损失和重大安全事故。　　该文章的作者依次为博士生解德刚、王章洁博士、孙军教授、马恩教授、李巨教授和单智伟教授。此项研究工作得到中国国家自然科学基金、973项目及111项目的资助。

p 材料科学、信息科学和生命科学是当前新技术革命中的三大前沿科学，材料的表界面在材料科学中占有重要的地位。材料的表界面对材料整体性能具有决定性的影响，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、复合等等，无不与材料的表界面密切有关。因此研究材料的表界面现象具有重要的意义。/pp 如何更有效地测量材料的表界面情况，对其进行更深入地研究，成为颇具潜力的一个研究领域。2016年8月24日，仪器信息网邀请清华大学朱永法老师、国家纳米科学中心程志海老师、赛默飞孙文彬老师从不同角度分享表界面分析研究进展。/pp 本次会议报告如下：（视频近期上线，请提前收藏地址）/ppimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201608/insimg/905de170-4040-41d0-8f2d-2daabe1bae7e.jpg" title="QQ截图20160824152509.jpg"//pp 视频上线地址，上线时间9月2日：/ppa href="http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2091" target="_blank" title="“材料表面与界面分析”网络主题研讨会"http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2091/a/ppbr//pp 近期更多精彩会议预告：/pp“热分析技术在多领域应用及进展”网络主题研讨会 br//pp中国科学技术大学丁延伟老师和北京化工大学刘玲老师主讲。/ppa href="http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2094" target="_blank" title="“热分析技术在多领域应用及进展”网络主题研讨会"http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2094/a/ppbr//pp“动物源食品安全性评价及检测”网络主题研讨会 /pp中国水产科学研究院李晋成老师和上海出入境检验检疫局朱坚老师主讲。/ppa href="http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2119" target="_blank" title=""http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2119/a/ppbr//pp“土壤环境调查评估技术”网络主题研讨会 /pp南京环境科学研究所赵欣老师和中国科学院生态环境研究中心张莘老师主讲。/ppa href="http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2132" target="_self" title=""http://www.instrument.com.cn/webinar/Meeting/subjectInsidePage/2132/a/p

功能材料界面由于经常表现出不同于体材料的新颖物理、化学现象与性质而备受关注。比如，人们在材料界面上发现了二维电子气、界面超导、界面发光和界面磁性等。这些有趣的界面现象与性质通常归因于界面上强烈的物理与化学交互作用，因此它们大多数出现在共格界面和半共格界面上。从共格界面到半共格界面、再到非共格界面，界面上的晶格失配不断增大，从而导致了材料界面上存在不同的晶格失配调节机制和界面结构。共格界面的晶格失配小，界面失配由两相邻晶格的弹性变形来调节，界面上形成了原子间完美匹配的界面结构；半共格界面的晶格失配适中，通过形成周期性排列的界面失配位错来补偿晶格失配。非共格界面的晶格失配非常大，界面两侧相邻晶体将保持各自原有的晶格而刚性堆叠在一起，不容易形成界面失配位错。虽然非共格界面比其他两类界面更常见，但由于它的晶格匹配度差并且界面键合强度弱，导致界面上的交互作用非常弱，因此非共格界面上很少表现出独特的界面现象与性质，这极大地限制了非共格界面的相关研究与应用。为了探索非共格界面上的新颖界面现象与物性，中国科学院金属研究所研究团队围绕非共格界面的原子与电子结构及界面交互作用开展了系统地研究工作，发现大晶格失配（~ 12 %）的AlN/Al2O3（0001）非共格界面上存在不寻常的强界面交互作用。强烈的界面交互作用显著调控了AlN/Al2O3界面的原子与电子结构及发光特性。透射电镜显微结构表征的研究结果表明，在AlN/Al2O3非共格界面上形成了界面失配位错网络和堆垛层错，这在其他非共格界面上是很少见的。原子层分辨的价电子能量损失谱表明，AlN/Al2O3非共格界面的带隙降低为~ 3.9 eV，显著小于AlN和Al2O3体材料的带隙（分别为5.4eV和8.0eV）。第一性原理计算表明，界面上带隙的减少主要由于在界面处形成了畸变的AlN3O四面体和AlN3O3八面体，从而导致了界面上存在Al-N键和Al-O键的竞争及键长的增大。阴极荧光光谱分析表明，该非共格界面具有界面发光特性，可发射波长为320 nm的紫外光，发光强度比AlN薄膜的本征发光高得多。该研究表明具有大晶格失配的非共格界面可表现出强烈的界面交互作用和独特的界面性质，深化和拓展了人们关于非共格界面的认识，可为开发基于非共格界面的先进异质结材料和器件提供借鉴与参考。相关研究工作得到国家杰出青年科学基金、中国科学院前沿研究重点项目和广东省基础与应用基础研究重大项目等的资助。相关研究成果以Interfacial interaction and intense interfacial ultraviolet light emission at an incoherent interface为题于5月15日在《自然-通讯》（Nature Communications）上在线发表。

当“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会冒出“痘痘”？这一谜团已存在超过50年。　　日前，这一难题被西安交通大学单智伟教授及其课题组成员成功攻关。此项成果6月29日在线发表在世界著名期刊《自然-材料》上。单智伟教授团队采用原位、动态的先进技术手段，在纳米尺度揭示了稳定的铝制品在含氢环境下界面失效的反应机理。　　(原文链接http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4336.html)　　这项科研成果主要依赖的科研工具是日立的原位环境透射电镜H-9500，原位环境透射电子显微镜是研究不同外界环境对材料影响的相关研究人员不可或缺的实验仪器。日立对原位环境电镜的设计和应用一直处于全球领先水平，原位环境透射电镜设计有H-9500和HF3300两个型号。目前，国内配备有日立H-9500的单位有浙江大学电子显微镜中心、西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心。区别于市场上其他原位环境电镜，H-9500和HF3300除可以使用特定的原位样品杆(如加热样品杆、通气样品杆等)对纳米材料进行原位观测和分析，H-9500和HF3300还可以在电子枪仍保持较高真空度的情况下，在镜筒内通入无腐蚀性的气体，在更接近常压的气氛环境中对材料进行各种性能测试，实验重现性较好，因此研究结果更为准确可靠。那么，西安交大单智伟教授团队是如何攻破这一难关的呢？生活中常见的铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，乃至材料失效。这一现象，被称为“氢鼓泡”。　　单智伟教授团队发现，原来，对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随着坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，并向外鼓出形成气泡。而气泡密度足够大时，氧化膜保护层便会脱落，最终导致材料失效。　　这个重要发现意义非凡。传统的表面鼓泡理论只能解释气泡的生长，对于气泡的形核则缺乏理论及实验证据，西安交大单智伟教授团队的这一研究发现填补了氢致界面失效现象起源的实验和理论空白。该研究成果有助于人们找到防止氢致界面失效的方法，提高材料在含氢环境中的服役寿命，在石化、海洋、核、航空航天及半导体等工业领域有着重要的指导意义。　　祝贺西安交大单智伟教授团队取得如此傲人的科研成就，也希望日立电镜能够一如既往地为广大科研工作者提供科学的解决方案，在科学道路上贡献一份力量。公司简介： 　　天美（控股）有限公司（“天美（控股）”）从事表面科学、分析仪器、生命科学设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销；为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。继2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月21日天美（控股）又在香港联交所主板上市（香港股票代码1298），成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美（控股）积极拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美（中国）官方网站：http://www.techcomp.cn