納米技術(shù)的發(fā)展加劇了對(duì)能夠?qū)π潞铣傻募{米材料進(jìn)行化學(xué)表征的分析工具的需求。雖然電子顯微鏡（em）技術(shù)可以通過能量色散x射線分析來識(shí)別原子種類，但它們對(duì)識(shí)別分子材料的幫助不大。對(duì)于分子種類的鑒定，可以使用成熟的光學(xué)光譜（os）技術(shù)，如拉曼和傅里葉變換紅外（ftir）；它們的空間分辨率受衍射極限的制約，在1μm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足納米技術(shù)和納米材料研究人員的需要。原子力顯微鏡(atomic force microscope, afm)經(jīng)過30多年的發(fā)展后，從形貌測試及其它常規(guī)功能來看已經(jīng)非常成熟。然而常規(guī)的原子力顯微鏡也越來越無法滿足科研人員在納米尺度下對(duì)于樣品進(jìn)行多性質(zhì)原位測試分析的更高需求，尤其在化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等領(lǐng)域。
在具備所有常規(guī)原子力顯微鏡功能的條件下，基于的紅外光誘導(dǎo)力顯微鏡（photo-induced force microscope, pifm)技術(shù)，結(jié)合波長可調(diào)的可見-紅外光源，從而實(shí)現(xiàn)10nm以下空間分辨可見~紅外成像與光譜采集，無需遠(yuǎn)場光學(xué)接收器及光譜儀。此外，vistascope原子力顯微鏡還可以與各類拉曼光譜儀進(jìn)行聯(lián)用，組成目前市場上功能強(qiáng)大的原子力顯微鏡與可見-紅外-拉曼聯(lián)用系統(tǒng)，以滿足科研人員在納米尺度下的各種測試需求。
鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層應(yīng)用
空穴傳輸層(htls)對(duì)反式鈣鈦礦太陽能電池(pscs)性能具有重大影響,因其顯著影響太陽光透過、鈣鈦礦結(jié)晶以及界面電荷提取、輸運(yùn)、復(fù)合等性能。幾個(gè)納米至十幾個(gè)納米厚度的超薄htls在減少寄生吸收、降低電荷傳輸損失和材料成本等方面具有明顯優(yōu)勢。（nature-四川大學(xué)&廈門大學(xué)）
為了探究在ito上沉積的各種htls的均勻性，作者使用光誘導(dǎo)力顯微鏡（pifm）進(jìn)一步表征顯示：4padcb樣品顯示出最小的振幅變化，表明4padcb更均勻錨定在ito，而ptaa和4pacz顯示不均勻的電位分布。
有機(jī)太陽能電池相分離研究
為了進(jìn)一步了解熱退火處理對(duì)提高光伏性能的作用，對(duì)經(jīng)或未經(jīng)熱退火處理的sm1:idic混合膜的形態(tài)進(jìn)行了分析，并通過光誘導(dǎo)力顯微鏡（pifm）對(duì)其進(jìn)行了比較。
與普通的afm相位圖相比，pifm可以呈現(xiàn)出更好的分辨率，并更清楚地指出哪些相位區(qū)屬于供體或受體（chemistry of materials中科院化學(xué)所）。
三元有機(jī)太陽能電池復(fù)雜共混膜中供體和受體分布研究
作者使用非富勒烯受體 pdi-dpp-pdi作為第三組分，制備了三元有機(jī)太陽能電池，并且對(duì)三元共混膜的形貌進(jìn)行了深入的探究。用pifm/ir技術(shù)通過化學(xué)結(jié)構(gòu)的鑒定定性地研究共混膜中給受體材料的分布，同時(shí)定量地探測了pdi-dpp-pdi 受體材料對(duì)共混膜中納米區(qū)域和區(qū)域尺寸的影響（small methods-加拿大魁北克大學(xué)，國家科學(xué)研究院）。
鈣鈦礦光電傳感器離子遷移研究
作者研究了基于三元陽離子鹵化物（csfama）的鈣鈦礦圖像傳感器，該傳感器表現(xiàn)出全可視光譜的光伏行為和可重新配置的響應(yīng)性，當(dāng)這種傳感器被偏置時(shí)，電極/鈣鈦礦界面上離子物種的累積發(fā)生變化，這改變了光伏矩陣內(nèi)部的電位分布，這反過來又導(dǎo)致了光吸收曲線的變化。
為了觀察離子遷移的影響，使用pifm針尖作為電極，對(duì)傳感器施加應(yīng)力電壓，同時(shí)繪制650納米處的吸收強(qiáng)度曲線。通過研究表明電場誘導(dǎo)的csfama鈣鈦礦薄膜中的離子遷移幾乎是可逆的。
共軛聚合物離子遷移研究：
作者發(fā)現(xiàn)共軛聚合物pb2t-teg在電化學(xué)氧化和離子注入過程中可以發(fā)生可逆的結(jié)構(gòu)相變。作者使用光學(xué)顯微鏡和超分辨率光誘導(dǎo)力顯微鏡（pifm）觀察到的邊緣移動(dòng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)pb2t-teg中橫向傳播的離子極化子對(duì)邊緣表現(xiàn)出非fickian擴(kuò)散，保持了清晰的階梯邊緣輪廓，這與在p3meemt等聚合物中更常見的fickian擴(kuò)散形成了鮮明對(duì)比。這種結(jié)構(gòu)相變讓人想起lifepo4等無機(jī)材料中伴隨離子吸收的相變，在未來的共軛聚合物中進(jìn)行類似性質(zhì)的設(shè)計(jì)，有望實(shí)現(xiàn)在電化學(xué)儲(chǔ)能或神經(jīng)形態(tài)記憶應(yīng)用中具有優(yōu)異性能的新材料。
鋰電池脫鋰相變研究(lifepo4 -fepo4)
紅外光誘導(dǎo)力顯微鏡可以十分快速且方便地表征不同的化學(xué)相。作者研究了具有亞微米尺寸的部分脫鋰lixfepo4樣品的pifm和相關(guān)afm形貌。根據(jù)從文獻(xiàn)中獲得的ftir光譜，可以看出fepo4和lifepo4應(yīng)該分別對(duì)應(yīng)波數(shù)941 cm?1和1054 cm-1。這兩個(gè)波數(shù)的pifm圖像確實(shí)突出了樣品的不同區(qū)域，結(jié)果表明最終形成的是核殼結(jié)構(gòu)，和同步輻射的xas的表征結(jié)果吻合。
總結(jié)
光誘導(dǎo)力顯微鏡在新能源領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)以下功能：
納米尺度下樣品對(duì)于激發(fā)光（中紅外波段）吸收的成像即納米紅外成像，可以觀察樣品的相分離情況；
納米尺度下樣品對(duì)于激發(fā)光（可見波段）吸收的成像；
光照條件或外壓條件下的cafm（表面電流）和kpfm（表面電勢）成像，并且可以把可見波段下光誘導(dǎo)力成像與cafm結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。例如，可見光誘導(dǎo)力成像強(qiáng)度高的區(qū)域可以對(duì)應(yīng)上cafm的強(qiáng)度（光電流）高的區(qū)域。
相關(guān)表征案例參考文獻(xiàn)
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morphology optimization via side chain engineering enables all-polymer solar cells with excellent fill factor and stability, j. am. chem. soc., 2018
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a new strategy to construct low bandgap polymer acceptor for high performance all-polymer solar cells, angew. chem., 2017
all-small-molecule nonfullerene organic solar cells with high fill factor and high efficiency over 10%, chem. mater., 2017
chain engineering on medium bandgap copolymers to suppress triplet formation for high-efficiency polymer solar cells, adv. mater., 2017
direct-write optical patterning of p3ht films beyond the diffraction limit, adv. mater., 2016
a reversible structural phase transition by electrochemically-driven ion injection into a conjugated polymer，j. am. chem. soc., 2020
vista one platform:
visible ~ ir chemical imaging and spectroscopy, e-field imaging, photovoltage/current imaging with sub-10 nm spatial resolution.also being combined with confocal raman, pl imaging and other kinds of far field spectroscopy and optical microscopy.
molecular vista inc.，vista ir