能源納米技術(shù)，泛指利用納米材料和納米尺度的特征效應構筑能源納米器件，致力于解決可再生能源轉化和存儲過(guò)程中的瓶頸問(wèn)題，目前已成為一個(gè)重要的學(xué)科交叉領(lǐng)域。能源納米器件顯著(zhù)區別于電子器件和光電子器件，其工作機制決定于器件中電子、空穴和離子等載流子的長(cháng)程傳輸過(guò)程，其傳輸過(guò)程常與化學(xué)轉化相耦合，并且不同于傳統化學(xué)反應中電子被局域在原子核附近?；谠恿︼@微鏡(AFM)發(fā)展的掃描力探針顯微術(shù)（SFM）從最初的形貌掃描工具，逐步發(fā)展成了可探測力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和化學(xué)等性質(zhì)的多模式功能成像技術(shù)，同時(shí)結合其高空間和時(shí)間分辨率，適應于復雜環(huán)境的原位工況成像能力等優(yōu)勢，被廣泛用于能源納米器件工作機理的研究。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳立桅團隊，長(cháng)期致力于能源納米器件界面形貌、化學(xué)結構和電子過(guò)程的掃描力探針研究，目前已在Acc. Chem. Res，Nat. Commun.，JACS，Adv. Mater.，Joule，Nano Lett.，Nano Energy 等期刊上發(fā)表了一系列原創(chuàng )性研究成果。近日，受邀在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上撰寫(xiě)題為Functional Scanning Force Microscopy for Energy Nanodevices 的綜述文章(DOI: 10.1002/adma.201802490)，聚焦近年來(lái)能源納米器件的掃描力探針技術(shù)的研究進(jìn)展。
該綜述首先介紹了掃描探針各種功能成像技術(shù)的發(fā)展歷程，從最基本的形貌成像模式開(kāi)始（圖1），依次介紹納米力學(xué)模式、化學(xué)成像模式、載流子探測模式和時(shí)間分辨成像技術(shù)等。第二部分介紹了各種掃描力探針功能成像模式在能源轉換器件，如有機光伏電池和有機-無(wú)機鈣鈦礦電池中的進(jìn)展。該部分重點(diǎn)突出了原位工況研究器件內部界面動(dòng)態(tài)演化的重要意義和面臨的挑戰（圖2）。在第三部分中，該綜述介紹了以鋰離子電池為典型代表的能源儲存器件中固態(tài)電解質(zhì)中間相(SEI)的形貌、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)組分在電池循環(huán)中的演變，及其與電池循環(huán)性能的關(guān)聯(lián)（圖3）。該類(lèi)器件區別于能源轉換器件的主要特點(diǎn)是器件行為決定于離子的傳輸，因此推動(dòng)了一系列探測離子運動(dòng)的功能成像模式的發(fā)展。最后，該綜述總結了掃描力探針技術(shù)在能源納米技術(shù)發(fā)展中起到的積極推動(dòng)作用，同時(shí)指出進(jìn)一步提高測量分辨率和測量精度對于推動(dòng)能源納米技術(shù)領(lǐng)域革新具有重要意義。
此綜述和相關(guān)研究工作得到國內外合作者的大力支持，受到國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、江蘇省自然科學(xué)基金、中科院先導專(zhuān)項和科研裝備研制項目、蘇州納米協(xié)同創(chuàng )新中心（教育部2011計劃）以及蘇州納米所的經(jīng)費資助與研發(fā)條件支持
